Физико-химические основы процесса конверсии метана

Полезные материалы / Каталитическая конверсия метана водяным паром / Физико-химические основы процесса конверсии метана
Страница 1

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

---

---

Страницы: 1 2

Смотрите также

Металлы и сплавы в химии и технике
Химические элементы – это элементы образующие в свободном состоянии простые вещества с металлической связью. Из 110 известных химических элементов 88-металлы и только 22-неметаллы. Такие ...

Свойства, применение и получение полиметилметакрилата
...

Вклад фармацевтов в открытие химических элементтов
...