第2章
合成氣的制備和凈化技術

2.1　合成氣制造綜述

2.1.1　合成氣的來源

合成氣是以氫氣、一氧化碳為主要組分供化學合成用的一種原料氣。由含碳礦物質如煤、石油、天然氣以及焦爐煤氣、煉廠氣、污泥和生物質等轉化而得。生物質和污泥在熱解或者氣化時也會產生大量的合成氣。按合成氣的不同來源、組成和用途，它們也可稱為煤氣、合成氨原料氣、甲醇合成氣等。合成氣的原料范圍極廣，生產方法甚多，用途不一，可簡列如下：

①以煤為原料，經煤氣化制得合成氣；

②焦爐煤氣轉化制備合成氣；

③黃磷尾氣制備合成氣；

④乙炔尾氣制備合成氣；

⑤鋼鐵廠廢氣等工業尾氣制備合成氣；

⑥生物質等制備合成氣。

2.1.2　合成氣的要求

合成氣經變換、凈化后得到合適比例的H₂、CO和CO₂，再經甲烷化反應使其甲烷含量增加。因此，合成氣甲烷化對合成氣具有一定的要求，具體如下。

（1）原料氣適配比

合成甲烷化反應為H₂、CO和CO₂在催化劑的作用下生產甲烷的過程，要求合成氣中H₂/CO摩爾比為3.0左右。

上述各種原料氣經預處理、凈化等多種工序后進入甲烷合成器合成甲烷時，通過對其碳氫比進行調節達到最佳甲烷化反應區間。當H₂/CO滿足一定比值時，甲烷化反應生產的天然氣品質好，轉化率高，產品的熱值最高。

（2）硫含量

總硫含量降到0.1×10^-6以下才能夠滿足甲烷化的要求。如果粗煤氣中硫化物較多，容易對后續的工藝管道和設備儀器等產生危害，且容易使甲烷化催化劑失活，因此需要進行脫硫工藝使粗煤氣中的大部分硫化物脫除回收。

（3）CO₂氣體含量

甲烷化過程中，由于CO和CO₂在甲烷化工藝中都是反應物，只需要部分轉化CO，部分脫除CO₂即可，因此要求合成氣中CO₂含量降到1%（干基）以下。這是因為粗煤氣中的CO₂屬于酸性氣體，會對管道和設備造成腐蝕，必須進行必要的脫除和回收。

（4）合成氣中不參加反應的氣體需要盡可能少

合成氣中若含有不參加反應的N₂、H₂和Ar等，這些氣體對催化劑雖然無毒害作用，但是若含量高會增加設備的投入和降低設備的效率。根據不同原料和工藝路線要求，原料氣中惰性氣體在1%～5%為可允許的最佳范圍。