天然气化工工艺学___第10课时_天然气应用新技术.ppt

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1、10天然气应用新技术10.1绪论（天然气等离子体转化技术）10.2天然气等离子体转化制乙炔(成熟)10.3天然气等离子制氢(研究)10.4天然气制甲醛、甲醇(研究)10.5甲烷氧化偶联制乙烯(研究)10.6甲烷转化制芳烃(研究)10.1天然气等离子体转化技术甲烷作为天然气最重要的成分，其结构极其稳定，烃化合物的C-H键平均键能为415kJ/mol，而甲烷的H-C键离解能高达435kJ/mol。实现甲烷直接化学利用的关键是甲烷中C-H键的选择性活化和控制反应进行的程度。C-H键的活化方法有常规热活化、催化活化、电化学活化和等离子体活化等，其中等离子体活化具有低温活化迅速和节能的优点，

2、是最有效的分子活化技术。等离子体是由大量带电粒子组成的中性非凝聚系统，是部分或全部电离的气体，其中含有不同于用其他方法产生的活性粒子，如各种激发态的分子和原子，正负离子，电子，自由基等，它们属于物质存在的第4态。概述天然气应用新技术目前，工业天然气应用较为成熟的技术路线大多是将甲烷转化为合成气，进而开发相关的下游产品。而甲烷的直接转化利用在工业上应用很少，大多还处于试验室研究阶段。其原因是由于甲烷的化学惰性，很难在较高的甲烷转化率下获得理想的产物选择性。从原理上看，甲烷的直接转化利用是最直接有效的途径，具有非常明显的潜在工业应用价值。因此，许多科学家正在致力于甲烷的直接转化利用新技

3、术的研究。这些新技术包括甲烷等离子体转化、甲烷氧化偶联制乙烯、甲烷转化制芳烃、制甲醇，甚至直接制汽油等。ThermodynamicsofdirectconversionofCH4undernonoxidativeconditions（甲烷直接转化热力学分析）甲烷制碳材料和氢气甲烷制芳烃甲烷制乙烯DirectCatalyticConversionofMethanetoFormaldehyde甲烷催化转化制甲醛Directmethaneconversiontomethanolbyionicliquid-dissolvedplatinumcatalystsAchallengeforthe

4、21stcentury：CatalyticconversionofmethanetomoreusefulchemicalsandfuelswhileavoidingthehighenergyrequirementsofthesteamreformingprocessforproducingH2/COmixtures.Prospectofdirectconversionofmethane:Thewidespreaduseofmethaneforproducingfuelsandchemicalsappearstobewithinreach,butcurrenteconomicunce

5、rtaintieslimitboththeamountofresearchactivityandtheimplementationofemergingtechnologies,althoughtheextensiveuseofmethanefortheproductionoffuelsandchemicalsisexpectedtobecomearealityverysoon.对甲烷制烃燃料和化学品的展望CatalysisToday2009byAndersHolmen10.2甲烷等离子转化制乙炔热力学分析甲烷具有很稳定的分子结构，断裂一个C-H键需要415eV的能量，反应大量吸热，

6、每生成1mol乙炔分子吸收2517kJ。乙炔的反应自由能△G=96290－64.7×T，因而只有T≥1488.13K（1215oC），△G≤0时甲烷才能裂解为乙炔。等离子体提供的射流的温度可达(5～50)×103K。在无氧参与下甲烷被激活后主要进行自由基反应。(10.1)(10.2)(10.3)C2H2生成反应为：当解离和电离的高温气体被冷却时，就进行反应(10.4)、(10.5)、(10.6)所示的复合过程，从而形成C2H2、C2H4、C2H6等新的化合物，尤其是在淬冷过程中反应(10.6)对C2H2的生成起着重要的作用。(10.4)(10.5)(10.6)热力学分析等离子体裂解

7、天然气制乙炔流程图1－反应器；2－除尘器；3－冷凝器；4－压缩机；5－吸收塔；6－解析塔裂解天然气：反应时间t＜0.14ms，操作温度为1300～2000℃(由热电偶监测)。急冷后的裂化气体温度约为300℃。经过布袋过滤器脱除碳黑后，进入初冷器冷却到30℃以下，由乙炔压缩机加压到110MPa后送往提浓装置。工艺流程(1)工作气体:在高温下，H2将电能转换到气体热焓中的能力比Ar大30%以上，且从5000K冷却到1200K会释放550kJ/mol的能量，对乙炔生成有利，