甲烷蒸汽转化常在加压下进行，一般要求转化气中甲烷少于 0.5%。要使甲烷有高的转化率，需采用较高的转化温度，通常在 1 000℃以上，而目前耐热合金钢管还只能达到 800~900℃。因此甲烷蒸汽转化时，生产上采用二段转化。一段转化炉温度在 600～800℃，二段转化炉温度在 1 000～1 200℃。从一段转化炉出来的转化气掺和一些加压空气后进入装有催化剂的二段转化炉，配入空气使带入的氮在最终转化气中达到n（CO+H2）∶n（N2）=3～3.1的要求。在二段转化炉中发生的是部分氧化反应。

一台大型天然气转化炉具有多达 400 根以上的反应管，管子分列几排至 10 排，每排并联几十根，由总管、支管、分气管（又称猪尾管）和集气管把它们联结起来，形成一个整体。反应管很长，但直径较小，这样有利于传热。常见反应管的内径为 71～122 mm，总长 6～12 m。

防止析碳的主要措施是适当提高水蒸气用量，选择适宜的催化剂并保持活性良好，控制含烃原料的预热温度不要太高等。生产中出现析碳的部位常在距离反应管进口30%~40%的一段，这是由于该段甲烷浓度和温度都较高，析碳反应速率大于脱除碳速率，因而有碳析出。由于碳沉积在催化剂表面，有碍甲烷蒸汽转化反应进行，因而在管壁会出现高温区，称为“热带”。可通过观察管壁颜色，或由反应管阻力变化加以判断。若已有析碳，可采取提高水蒸气用量、降压、减量的办法将其除去。当析碳较重时，可停止送原料气，保留蒸汽，提高床层温度，利用反应（6）的逆反应除碳，也可采用空气与蒸汽的混合物“烧碳”。

①原料气空速：以干气或湿气为基准，每立方米催化剂每小时通过的含烃原料的标准立方米数。②碳空速：以碳数为基准，将含烃原料中所有烃类的碳数都折算为甲烷的碳数，即每立方米催化剂每小时通过甲烷的标准立方米数。③理论氢空速：假设含烃原料全部转化为氢，理论氢空速是指每立方米催化剂每小时通过理论氢的标准立方米数。空间速度表示催化剂处理原料气的能力。催化剂活性高，反应速度快，空速可以大些。在保证出口转化率达到要求的情况下，提高空速可以增大产量，但同时也会增大流体阻力和炉管的热负荷。因此，空速的确定应综合考虑各种因素。图 1.7、图 1.8 给出了一、二段转化炉空速与压力的关系。

对于甲烷蒸汽转化这种气固催化反应，气体的扩散速度对反应速率有显著的影响。经研究发现，在工业反应条件下，外扩散的影响较小，而内扩散有显著影响。图 1.4 表明，随着催化剂粒度增大，反应速率和催化剂内表面利用率明显降低，这也表明了内扩散所起的作用。因此，工业生产中采用较小的催化剂颗粒或将催化剂制成环状或带槽沟的圆柱状都将会提高转化反应的速率。

以天然气为原料的合成氨流程采用加压蒸汽转化法生产以H2,N2,CO,CO2为主的半水煤气，经变换、脱除二氧化碳和甲烷化，以获得合格的氮氢混合气，然后在催化剂及适当的温度、压力下合成氨，这是我国目前大型合成氨厂普遍所用的流程。该流程热利用率和自动化程度高，生产成本较低。

在听新生导论课的时候，老师推荐我们学习化工工艺的课程，恰好在“掌上精选”里找到了化学工艺的电子教材，我于是开启了第一次线上读书活动，也开始属于自己的学习生活，化工工艺虽然不是我们的目前的必修课，但我在课上听老师，学习它的必要性，鉴于未来的长远发展考虑，也是为了“干一行，爱一行”的态度，我不在乎，学习它会加重我的负担，而是能从中学到真正的知识，今天我学的氮氢合成氨的生产流程，结合高中阶段的积累，并不是很难的上手阅读这本书，也许“好的开始，正是成功的一半”。