合成氣生產(chǎn)中能耗最大的環(huán)節(jié)是一段轉(zhuǎn)化爐。這篇文章將介紹了一種新型蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑，可很大程度上下降能源消耗并提高生產(chǎn)率。
1合成氣制造
合成氣的制造時(shí)包括蒸汽轉(zhuǎn)化工藝，蒸汽在鎳催化劑的反應(yīng)下，將碳?xì)浠衔锶缂淄楹褪X油等轉(zhuǎn)化為氫和碳基成分 (C0、C02)。這一進(jìn)程在甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行,垂直的轉(zhuǎn)化管(每 個(gè)轉(zhuǎn)化管可視為一個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器)都裝有催化劑，由外部燃燒供熱以進(jìn)行所需的吸熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)。依據(jù)工廠(chǎng)的工藝規(guī)劃，燒嘴可位于轉(zhuǎn)化爐的頂部、底部或側(cè)壁。
蒸汽轉(zhuǎn)化爐是合成氣工廠(chǎng)的中心設(shè)備，也是能耗最大和本錢(qián)最高的設(shè)備。蒸汽轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，熔爐和管道等裝置費(fèi)用高昂，給項(xiàng)目帶來(lái)了相當(dāng)大的資金負(fù)擔(dān)。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)在較端溫度下才能進(jìn)行，能源成本高，因此轉(zhuǎn)化爐對(duì)生產(chǎn)工況的運(yùn)營(yíng)成本也有著較大的影響。
2蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑
用于促進(jìn)管內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化催化劑的性能對(duì)工藝成本和效率影響很大。轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行溫度高，接近爐管材料的較限，再加上蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需要高活性且穩(wěn)定的催化劑以防止?fàn)t管過(guò)熱。除此之外，在已裝填催化劑的床層中，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化爐通常具有最大的壓降，額外的天然氣壓縮成本可導(dǎo)致成本上升，從而在某些情況下成為工廠(chǎng)產(chǎn)量的瓶頸。
3催化劑特征
由于許多轉(zhuǎn)化管（可達(dá)幾百根）內(nèi)都裝填有催化劑，在催化劑的整個(gè)使用壽命內(nèi)，每根轉(zhuǎn)化管 都需要保持相同的壓降水平以確 保整個(gè)轉(zhuǎn)化爐良好運(yùn)行。否則，氣體將優(yōu)優(yōu)質(zhì)人壓降較低的轉(zhuǎn)化管，使未反應(yīng)的甲焼增加或管壁 溫度升高，影響轉(zhuǎn)化爐性能，從而使工廠(chǎng)的產(chǎn)量受限。因此，為了減少壓縮合成氣的能源消耗，需要使用低壓降催化劑。
蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑通常以氧化態(tài)供應(yīng)（氧化鎳在合適的載體中），然后在工廠(chǎng)開(kāi)車(chē)期間還原， 因?yàn)殒囀沁M(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的理想活性相。在每次關(guān)閉和開(kāi)車(chē)的過(guò)程中，轉(zhuǎn)化管都會(huì)經(jīng)歷熱循環(huán)，這意味著它們收縮和膨脹的程度可能會(huì)比裝載的催化劑顆粒更大，并對(duì)催化劑產(chǎn)生非常大的局部應(yīng)力。因此，催化劑在氧化和還原狀 態(tài)下都需要具有較強(qiáng)的物理強(qiáng)度。
性能最佳的轉(zhuǎn)化催化劑還必須能夠降低管道出口的甲烷 (CH4)濃度，以最大限度地提高產(chǎn)量和節(jié)約能源。這不僅能保證氫氣(H2)的高產(chǎn)量，而且能降低惰性氣體的濃度和氨合成回路的排放，從而減少能耗。此外，更低 管壁溫度的催化劑設(shè)計(jì)之所以受歡迎，是因?yàn)榇呋瘎┠苎娱L(zhǎng)反應(yīng)管壽命，以降低成本支出。
4性能標(biāo)準(zhǔn)
蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑在使用時(shí)必須滿(mǎn)足幾個(gè)基本要求以確保合成氣的高效生產(chǎn)。其中一個(gè)必要條 件是催化劑同時(shí)具備高的本征活 性和表觀(guān)活性。轉(zhuǎn)化催化劑的本征活性受其鍵含量與載體之間的相互作用、鎳的分散以及載體材料配方的影響。表觀(guān)活性則由催化劑的擴(kuò)散能力、孔隙的體積和大小分布及其幾何比表面積決定。催化劑的其他關(guān)鍵性能參數(shù)包括低壓降、良好的熱傳導(dǎo)性、高物理強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以及抑制積碳生成的能力。
5催化劑形狀的重要性
蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的形狀和它的配方一樣重要。每個(gè)形狀的參數(shù)(例如顆粒大小、催化劑高度與直徑的縱橫比、孔和外部通道間的空隙或催化劑顆粒之間的填充性能）都會(huì)對(duì)單位裝填體積的幾何比表面積和催化劑床層的壓降產(chǎn)生影響。另外，主要的是，在催化劑形狀設(shè)計(jì)過(guò)程中作出的任何改善都有必要將具有高抗壓強(qiáng)度作為邊界指導(dǎo)條件。