油制气(卷名：土木工程)
oil gas
石油系原料经热加工产生的可燃气体，是城市燃气的重要气源之一。
作为制气原料，最重要的性质是碳氢重量比。图1列出了按碳氢重量比次序排列的各种制气原料。原料谱的一端是最接近纯碳的煤，另一端是以甲烷为主要组分的天然气和液化天然气。整个原料谱大致可分为三段：A段是碳氢比小于6的石油馏分，可以完全蒸发，经脱除硫分后，在催化剂作用下与蒸汽反应，全部转化成气体，不留残渣；B段是碳氢比介于6和9之间的石油馏分，不能完全蒸发而进行预脱硫处理，即使在催化剂作用下，与蒸汽完全反应也较困难；C段是更重的油类和原煤，处理更难。城市供应的人工燃气的碳氢比低于甲烷，一般介于2.3～2.8之间。
将任何石油系原料转化成碳氢比更低的燃气，其所采用的方法一定是除碳或加氢，或者是两者兼有。由于原料不同，以及对生成气发热量和成分的要求不同，可以采用不同的工艺。油制气的主要工艺方法有以下几种：
蒸汽转化法 原料谱上 A段的原料在催化剂作用下可直接与蒸汽进行反应。这个方法的关键在于高活性催化剂的使用，一般采用以活性氧化铝为载体的镍催化剂，以达到热力学平衡。高压、低温和低蒸汽原料比有利于甲烷的生成，而低压、高温和高蒸汽原料比则有利于氢的生成。
①高温蒸汽转化法。原料经脱硫后，与过热蒸汽混合，在 450°C左右送入填充催化剂的转化炉内进行反应（图2）。此反应是吸热反应，采用外热式转化炉，燃烧一部分原料或其他燃料来提供热量。出转化炉的燃气温度约750～850°C，然后进入后续工序，制成发热量为10～12兆焦/米3的贫燃气。中国目前在化学工业中用这种工艺制取原料气，在石油工业中用于制取氢气。
②低温蒸汽转化法。这是制取发热量约为25兆焦/米3的富燃气的方法，也称催化富气法。整个工艺包括脱硫、催化转化等工序。转化反应是放热反应，不需外界添加热量，仅控制原料预热温度和蒸汽原料比就能达到热力学平衡。所用的反应器是绝热反应器。本法可结合高温蒸汽转化法生产中发热量燃气，也可后接二段甲烷化或加氢气化和甲烷化，生产代用天然气。
热裂解法 碳氢化合物在高温下会发生分解反应，大分子化合物变成小分子化合物。随着温度的升高、反应时间的延长，即随着裂解深度的加深，气态产物增多，气态产物中氢和甲烷的含量不断增加；另一方面，液态产物减少，液态产物中分子愈来愈大，氢含量逐渐下降，直至结焦成炭。因此，可根据产品的要求，制定合适的操作条件，控制裂解深度，以得到所需的产物。这种方法可用以制取化工原料气，也可用于生产城市燃气。
①循环式热裂解法。石油的热裂解是强烈的吸热反应，必须提供热量。本法是燃烧一部分油和设备内的沉积碳，将热量蓄积在裂解炉的耐火格子砖内，到一定温度后停止加热，喷入制气油使其在热的格子砖上裂解。温度降到一定限度后，停止喷注制气油，然后引入空气重复加热，开始下一循环。这种方法特别适合于原料谱上B段的原料，制气过程中析出的碳可在循环加热期烧去。
②循环式催化裂解法。热裂解法得到的气态产物中含氢低，有较高比例的不饱和烃，不能与一般城市燃气互换。用催化剂替代填充在裂解炉内的格子砖，促进油和中间产物与蒸汽的反应，就可制得与干馏煤气组成相似的燃气，燃烧性能显著改善，制气效率也得到提高（图3）。这种方法是城市燃气工业极好的调峰手段。中国北京、上海、沈阳等城市都采用这种方法，使用重油来生产城市燃气。（见彩图）
部分氧化法 采用氧气、空气或富氧空气作气化剂，与部分原料油燃烧产生高温，使原料油与蒸汽反应。当使用纯氧时，反应的主要产物是氢和一氧化碳，可作为贫燃气，或者进一步制取氢气、合成氨等化工产品。操作温度高达1300～1500°C，压力一般在2～4.5兆帕之间。这种工艺对原料的适应性强，不但可使用原料谱上A段和B段原料，甚至C段原料经过预处理后也可使用。在中国，本法已广泛用于化学工业，但因制氧成本高，还未用于生产城市燃气。
加氢气化法 制取富燃气的另外一种方法。在高于700°C的温度、加压和不用催化剂的条件下，原料与氢气直接反应。这个反应是放热反应，并且反应很迅速，必须控制在稳定的操作条件下，以得到最佳的气态碳氢化合物的组成，主要是甲烷和乙烷。同时，所放出的热量必须有效地加以回收利用。为此，对于碳氢比为6.5～10的原料，可采用焦粒流化床加氢反应器，利用流化床的颗粒运动来维持反应器内的温度均匀，并将反应热传给进料。原料中不能蒸发的残渣附着在焦粒上，定期排出。国外已有一台日产14万米3燃气的半工业性装置，运行了多年。对于碳氢比6.5以下较轻的油料，可不必使用焦粒流化床，而采用较简单的气体再循环加氢反应器，利用安装在反应器顶部中心的喷嘴喷出的反应物的动量，在中心管周围建立气体的高速再循环来达到流化床所具有的功能。这种方法在燃气工业中已广泛用作增热的手段或生产代用天然气。
参考书目
日本ガス協会:《都市ガス工業──オィルガス編》，技報堂，東京，1969。