油制氣
正文
石油系原料經熱加工產生的可燃氣體，是城市燃氣的重要氣源之一。作為制氣原料,最重要的性質是碳氫重量比。圖1列出了按碳氫重量比次序排列的各種制氣原料。原料譜的一端是最接近純碳的煤，另一端是以甲烷為主要組分的天然氣和液化天然氣。整個原料譜大致可分為三段：A段是碳氫比小於6的石油餾分，可以完全蒸發，經脫除硫分後，在催化劑作用下與蒸汽反應,全部轉化成氣體，不留殘渣；B段是碳氫比介於6和9之間的石油餾分，不能完全蒸發而進行預脫硫處理，即使在催化劑作用下，與蒸汽完全反應也較困難；C段是更重的油類和原煤,處理更難。城市供應的人工燃氣的碳氫比低於甲烷，一般介於2.3～2.8之間。
油制氣蒸汽轉化法 原料譜上 A段的原料在催化劑作用下可直接與蒸汽進行反應。這個方法的關鍵在於高活性催化劑的使用，一般採用以活性氧化鋁為載體的鎳催化劑，以達到熱力學平衡。高壓、低溫和低蒸汽原料比有利於甲烷的生成，而低壓、高溫和高蒸汽原料比則有利於氫的生成。
①高溫蒸汽轉化法。原料經脫硫後，與過熱蒸汽混合，在 450°C左右送入填充催化劑的轉化爐內進行反應（圖2）。此反應是吸熱反應,採用外熱式轉化爐,燃燒一部分原料或其他燃料來提供熱量。出轉化爐的燃氣溫度約750～850°C，然後進入後續工序，製成發熱量為10～12兆焦/米3的貧燃氣。中國目前在化學工業中用這種工藝製取原料氣，在石油工業中用於製取氫氣。
油制氣熱裂解法 碳氫化合物在高溫下會發生分解反應，大分子化合物變成小分子化合物。隨著溫度的升高、反應時間的延長，即隨著裂解深度的加深，氣態產物增多，氣態產物中氫和甲烷的含量不斷增加；另一方面，液態產物減少，液態產物中分子愈來愈大，氫含量逐漸下降，直至結焦成炭。因此，可根據產品的要求，制定合適的操作條件，控制裂解深度，以得到所需的產物。這種方法可用以製取化工原料氣，也可用於生產城市燃氣。
①循環式熱裂解法。石油的熱裂解是強烈的吸熱反應，必須提供熱量。本法是燃燒一部分油和設備內的沉積碳,將熱量蓄積在裂解爐的耐火格子磚內,到一定溫度後停止加熱，噴入制氣油使其在熱的格子磚上裂解。溫度降到一定限度後，停止噴注制氣油，然後引入空氣重複加熱，開始下一循環。這種方法特別適合於原料譜上B段的原料,制氣過程中析出的碳可在循環加熱期燒去。
②循環式催化裂解法。熱裂解法得到的氣態產物中含氫低，有較高比例的不飽和烴，不能與一般城市燃氣互換。用催化劑替代填充在裂解爐內的格子磚，促進油和中間產物與蒸汽的反應，就可製得與乾餾煤氣組成相似的燃氣,燃燒性能顯著改善,制氣效率也得到提高（圖3）。這種方法是城市燃氣工業極好的調峰手段。中國北京、上海、瀋陽等城市都採用這種方法，使用重油來生產城市燃氣。（見彩圖）
油制氣
油制氣加氫氣化法 製取富燃氣的另外一種方法。在高於700°C的溫度、加壓和不用催化劑的條件下,原料與氫氣直接反應。這個反應是放熱反應，並且反應很迅速，必須控制在穩定的操作條件下，以得到最佳的氣態碳氫化合物的組成，主要是甲烷和乙烷。同時，所放出的熱量必須有效地加以回收利用。為此,對於碳氫比為6.5～10的原料，可採用焦粒流化床加氫反應器，利用流化床的顆粒運動來維持反應器內的溫度均勻，並將反應熱傳給進料。原料中不能蒸發的殘渣附著在焦粒上，定期排出。國外已有一台日產14萬米3燃氣的半工業性裝置,運行了多年。對於碳氫比6.5以下較輕的油料,可不必使用焦粒流化床，而採用較簡單的氣體再循環加氫反應器，利用安裝在反應器頂部中心的噴嘴噴出的反應物的動量，在中心管周圍建立氣體的高速再循環來達到流化床所具有的功能。這種方法在燃氣工業中已廣泛用作增熱的手段或生產代用天然氣。
參考書目
日本ガス協會:《都市ガス工業──オィルガス編》，技報堂，東京，1969。
