Термодинамика и кинетика процесса конверсии метана водяным паром.
Равновесие реакции конверсии метана водяным паром, как реакции эндотермической, с ростом температуры смещается в сторону образования СО
и Н2
, а с ростом давления в обратную сторону, т. е. в сторону образования метана.
Рис.6. Зависимость полноты конверсии СН4 и СО yк от температуры
Однако для заданного давления и температуры превращение метана возрастает с ростом содержания пара в исходной газовой смеси (рис. 6). На этом рисунке одновременно видно, как с ростом температуры падает полнота конверсии СО
водяным паром – реакции экзотермической. И хотя давление оказывает отрицательное воздействие на превращение метана, наблюдается постоянный рост используемого давления в промышленных процессах паровой конверсии метана (рис. 7).
Рис 7. Применяемое давление газа Рна выходе из трубчатого реактора конверсии природного газа в различные периоды времени t
.
Проведение процесса при повышенных давлениях снижает расходы на компрессию полученного синтез-газа, затраты на изготовление аппаратуры, улучшает условия теплопередачи. Развитие этого процесса ограничивается в основном прочностью металла реакционных труб, работающих в жестких условиях высоких температур.
Рис 8. Ограничения по температуре t и давлению Р процесса паровой конверсии углеводорода, обусловленные материалом труб (отношение пар : углерод = 3,5
; А
– расчетные границы для работ труб; y
конв– полнота конверсии).
Равновесные соотношения при конверсии метана показывают, как это видно на рис. 8, что для заданного превращения метана при постоянном соотношении водяной пар : углерод повышение давления в процессе означает повышение температуры риформинга, повышение температуры газов, выходящих из трубчатых печей, и повышение температуры стенок реакционных труб. Принципиальное влияние качества труб (срок жизни 10 лет для хромоникелевой стали) на условия проведения паровой конверсии под давлением иллюстрируется данными, приведенными на рис.8.
Наиболее обоснованное и практически оправданное уравнение скорости реакции конверсии метана для атмосферного давления дал Темкин и его ученики. Энергия активации процесса паровой конверсии составляет 129,79 кДж/моль
для температурной области 800 — 900°С на никелевой фольге и 100,48 кДж/моль
для этой же области температур на никелевом катализаторе, нанесенном на пористом носителе. Кинетические данные используют для расчета аппаратов конверсии, в частности для расчета температур на входе в реактор и выходе из него.
В качестве катализаторов конверсии используют никель, нанесенный на пористый носитель. Содержание никеля в катализаторе может колебаться в широких пределах — от 4 до 35% (масс.). Наиболее стабильными катализаторами для широкого диапазона температур конверсии и работы в экстремальных условиях являются катализаторы, носители для которых не содержат Si
О2
, главной их основой является a
-А
l
2
О3(корунд). В качестве активаторов в них могут содержаться оксиды кальция, титана, магния, хрома. Внутренняя поверхность таких катализаторов колеблется от 5 до 50 м2/г
. Восстановление нанесенного NiOдо металлического никеля происходит в загруженном конверторе водородом или метаном.
Смотрите также
Очистка газообразных промышленных выбросов
...
Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения
Процесс
хроматографического разделения очень сложен, тем не менее, его отдельные стадии могут быть смоделированы и представлены в
виде уравнений, достаточно точно и верно отражающих реальный ...