Физико-химические основы процесса конверсии метана

Конверсия природною газа может быть осуществлена либо термическим разложением метана

СН4  С+2Н2 – 18,1 ккал (1)

либо каталитическим окислением метана водяным паром, кислородом и двуокисью углерода:

СН4 + 0,5О2  CO + 2H2 + 8,5 ккал (2)

СН4 + H2O  CO + 3H2 – 49,3 ккал (3)

СН4 + CO2  2CO + 2H2 – 59,1 ккал (4)

СО + H2O  CO2 + H2 + 9,8 ккал (5)

Выбор окислителей и их возможные сочетания определяются назначением процесса и технологической схемой дальнейшей переработки полученного газа.

Реакции (1) — (2) практически необратимы. Реакции (3) — (5) являются обратимыми, т. е. в зависимости от условий, в которых они осуществляются, могут проходить как слева направо, так и справа налево.

Вследствие обратимости реакции прямой процесс невозможно осуществить до конца. В самом деле, в обратимых реакциях, например в реакции (3), оба процесса—прямой (взаимодействие метана с водяным паром) и обратный (взаимодействие окиси углерода с водородом) — протекают одновременно. При достаточно высоких температурах и концентрациях метана в газовой смеси скорость прямой реакции гораздо больше, чем скорость обратного процесса. Постепенно скорости прямого и обратного процессов выравниваются и наступает химическое равновесие, при котором в смеси присутствуют как исходные вещества, так и продукты реакции.

Равновесный состав газа для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей и интервале температур 827—1027°С приведен в табл.1).

С изменением температуры, давления и состава исходной смеси равновесный состав газа также изменяется. При повышении температуры увеличиваются скорости обеих реакций (прямой и обратной), но увеличиваются они в разной степени. В случае реакций, протекающих с поглощением тепла (эндотермических реакций), например реакции (3), скорость прямой реакции возрастает гораздо больше, чем скорость обратной реакции. В результате этого равновесие сдвигается вправо, т. е. в сторону уменьшения содержания метана в конвертированном газе. В случае же реакций, протекающих с выделением тепла (экзотермических реакций), например реакции (5), равновесие сдвигается влево, т. е. степень конверсии окиси углерода снижается.

Таблица 1. Равновесный состав газа в процессе конверсии метана для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей при абсолютном давлении 1 ат

Температура °С	Состав сухой газовой смеси при равновесии, объемн. %
	CO2	СО	H2	СН4	N2
Исходная смесь СН4 : H2O = 1 : 2
827 927	4,62 3,78	19,20 20,27	76,08 75,94	0,10 0,01	--- ---
Исходная смесь СН4 : H2O : O2 = 1 : 1 : 0,6
827 927	9,44 8,06	22,91 24,98	67,61 67,16	0,045 0,0056	--- ---
Исходная смесь СН4 : H2O : O2 : N2 = 1 : 1 : 0,6 : 0,9
827 927	7,30 6,22	17,74 19,13	52,35 51,84	0,04 0,004	22,57 22,81
Исходная смесь СН4 : H2O : СO2 : О2 = 1 : 0,7 : 0,3 : 0,6
827 927	11,95 10,41	28,94 31,18	59,06 58,40	0,05 0,005	--- ---
Исходная смесь СН4 : H2O : СO2 = 1 : 1,3 : 0,7
827 927 1027	7,67 6,50 5,63	31,59 33,25 34,48	60,63 60,24 59,89	0,11 0,013 0,002	--- ---

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru