Конверсия метана

Взаимодействие метана с водой протекает на никельсодержащем катализаторе и представлено двумя обратимыми реакциями:

  • 1) СН4 + Н2О СО + ЗН2 - 206,4 кДж (28)
  • 2) СО + Н2О <>СО2 + Н2 + 41,0 кДж (29)

Первая реакция эндотермическая, вторая - экзотермическая. Температура

будет по-разному влиять на равновесие: благоприятно - для первой и отрицательно - для второй реакций. Поскольку сначала необходимо обеспечить наиболее полное превращение метана, то температуру процесса целесообразно повышать. При этом равновесие второй реакции сдвигается влево. Конверсия метана протекает с увеличением объема, а потому низкое давление будет способствовать более полному превращению метана.

Двукратный избыток водяного пара позволит достичь почти полного превращения (99 %). Такой начальный состав реакционной смеси использован в промышленности.

Как следует из равновесных данных, необходима высокая температура процесса. Катализатор в этих условиях весьма активен, и равновесие достигается быстро.

Осуществляется процесс в трубчатом реакторе. Катализатор находится в трубчатом пространстве, где и протекает реакция. Обогрев осуществляется сжиганием природного газа в факельных инжекционных горелках, расположенных в верхней части межтрубного пространства. Дымовые газы с температурой 1200 -1300 К отводятся из нижней части реактора. Температура, необходимая для полного превращения метана - 1300 К, а металл, из которого сделаны трубки, допускает нагрев не выше 1180 - 1200 К. Максимальная температура в слое (на выходе) будет ниже: 1080 - 1100 К. Превращение метана не превышает 75 %. Поэтому необходима вторая ступень конверсии, которая представлена адиабатическим реактором (шахтным конвертором). Стенки его футерованы внутри высокотемпературным материалом (бетоном) для предохранения корпуса от перегрева. Необходимую температуру создают тем, что в реактор подают воздух. Часть метана сгорает в кислороде воздуха, и температура повышается до 1230 - 1280 К. Но с воздухом вводится и азот, необходимый для синтеза аммиака, так что шахтный конвертор выполняет еще и функцию выделения азота из воздуха. Этим разрешен вопрос на функциональной схеме о подсистеме получения азота.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >