第2章
合成气的制备和净化技术

2.1　合成气制造综述

2.1.1　合成气的来源

合成气是以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。由含碳矿物质如煤、石油、天然气以及焦炉煤气、炼厂气、污泥和生物质等转化而得。生物质和污泥在热解或者气化时也会产生大量的合成气。按合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨原料气、甲醇合成气等。合成气的原料范围极广，生产方法甚多，用途不一，可简列如下：

①以煤为原料，经煤气化制得合成气；

②焦炉煤气转化制备合成气；

③黄磷尾气制备合成气；

④乙炔尾气制备合成气；

⑤钢铁厂废气等工业尾气制备合成气；

⑥生物质等制备合成气。

2.1.2　合成气的要求

合成气经变换、净化后得到合适比例的H₂、CO和CO₂，再经甲烷化反应使其甲烷含量增加。因此，合成气甲烷化对合成气具有一定的要求，具体如下。

（1）原料气适配比

合成甲烷化反应为H₂、CO和CO₂在催化剂的作用下生产甲烷的过程，要求合成气中H₂/CO摩尔比为3.0左右。

上述各种原料气经预处理、净化等多种工序后进入甲烷合成器合成甲烷时，通过对其碳氢比进行调节达到最佳甲烷化反应区间。当H₂/CO满足一定比值时，甲烷化反应生产的天然气品质好，转化率高，产品的热值最高。

（2）硫含量

总硫含量降到0.1×10^-6以下才能够满足甲烷化的要求。如果粗煤气中硫化物较多，容易对后续的工艺管道和设备仪器等产生危害，且容易使甲烷化催化剂失活，因此需要进行脱硫工艺使粗煤气中的大部分硫化物脱除回收。

（3）CO₂气体含量

甲烷化过程中，由于CO和CO₂在甲烷化工艺中都是反应物，只需要部分转化CO，部分脱除CO₂即可，因此要求合成气中CO₂含量降到1%（干基）以下。这是因为粗煤气中的CO₂属于酸性气体，会对管道和设备造成腐蚀，必须进行必要的脱除和回收。

（4）合成气中不参加反应的气体需要尽可能少

合成气中若含有不参加反应的N₂、H₂和Ar等，这些气体对催化剂虽然无毒害作用，但是若含量高会增加设备的投入和降低设备的效率。根据不同原料和工艺路线要求，原料气中惰性气体在1%～5%为可允许的最佳范围。