ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Расчет установки для конверсии метана из "Методы расчетов по технологии связанного азота" Метод каталитической конверсии метана и других углеводородных газов с целью получения водорода и технологических газов для синтеза аммиака, спиртов и моторного топлива нашел широкое распространение в промышленности. [c.5] Если требуется получить чистый водород, процесс проводится последовательно по реакциям (1) и (4). При необходимости получения смеси водорода с азотом для синтеза аммиака конверсию метана проводят двояко двухступенчатым методом — путем превращения большей части метана по реакции (1), а затем остатка метана по реакции (3) при добавлении воздуха в количестве, обеспечивающем в конечном газе объемное отношение Н2 Н2 = 3 1, или одноступенчатым методом по реакции (3) с применением воздуха, обогащенного кислородом. [c.5] Конверсия углеводородных газов на большинстве промышленных установок осуществляется под давлением, близким к атмосферному, а в послэдние годы и при повышенном давлении — до 20-30 ama. [c.6] Так как дальнейшая переработка газа после конверсии метана осуществляется обычно под давлением, а реакции (I) — (3) протекают с увеличением объема, то проводя их при повышенном давлении, можно значительно сократить расход энергии на компримирование газа. Уменьшение себестоимости продукции в случае конверсии метана под давлением достигается также благодаря уменьшению объема аппаратуры и коммуникации, сокращению количества компрессоров и лучшему использованию скрытой теплоты водяного пара, содержащегося в получаемом конвертированном газе. [c.6] Отрицательной стороной проведения процесса под повышенным давлением является смещение влево равновесия реакций (1) —(3), что вызывает необходимость проведения процесса конверсии метана при более высоких температурах. [c.6] Термодинамическое равновесие реакций (1)—(4) рассмотрено целым рядом исследователей — В. А. Каржавиным, А. Г. Лей-буш и др. Тем не менее, имеется мало данных о составе конечного газа при равновесии для конкретных исходных газовых смесей, применяемых в промышленности. Мы приводим результаты проведенных А. Г. Лейбуш расчетов положения равновесия для вышеуказанных реакций. [c.6] Ниже приведены значения констант равновесия реакций (1)—(4) при температурах 327—1127°С по наиболее точным спектроскопическим данным Россини, Вагмана, Кильпатрика и др. (табл. 1). [c.6] Из таблицы видно, что значения константы равновесия реакции (3) настолько велики, что концентрация непрореапГ-ровавшего кислорода в газовой смеси при установлении равновесия практически равна нулю. [c.6] Р — общее давление, ama. [c.7] Тогда при установлении равновесия состав газовой смеси и парциальные давления отдельных ее компонентов в общем виде выразятся уравнениями, приведенными в таблице 2. [c.7] Пользуясь числовыми значениями /Сх и /(4 и решая совместно (методом подбора) уравнения (5) и (6),. можно определить для заданных условий состав конечной газовой смеси при установлении равновесия. [c.7] Состав сухой газовой смеси при равновесии. [c.9] Для достижения практически полной конверсии метана, как видно из таблиц, необходима температура около 800°, если к 1 объему метана добавляется 2—2,2 объема окислителей (H20-f 02-f202), и около 700° при отношении СН4 Н20— = 1 4. [c.9] При замене водяного пара равным количеством двуокиси углерода степень превращения метана не изменяется, сдвигается лишь равновесие реакции водяного газа (4). Для смеси исходного состава СН4 Н2О СО2 = 1 1,3 0,7 величина становится отрицательной, что означает протекание реакции (4) в обратном направлении при взаимодействии части добавляемой двуокиси углерода с образовавшимся водородом. Чем выше температура и меньше избыток окислителей, тем меньше содержание СО2 и больше содержание СО в конечном газе. [c.9] Как было показано М. А. Шполянским и А. Г. Лейбуш, расчет равновесного состава газа при конверсии сложных углеводородных смесей может быть выполнен при учете только констант равновесия реакций (1) и (4). [c.10] При нагревании с водяным паром гомологов метана и непредельных углеводородов выделение углерода в отсутствии катализатора начинается при более низких температурах, чем для метана. [c.10] Применение никелевого катализатора, активированного окислами алюминия, магния, хрома и др., в ннтервале температур 500—800° позволяет достигнуть почти равновесного превраш,ения метана при достаточно больших объемных скоростях. При правильном дозировании окислителей по отношению к исходным углеводородным газам выделения углерода на катализаторе не происходит. [c.10] С целью получения технологического газа для синтеза аммиака в промышленности применяют две схемы каталитической конверсии углеводородных газов, различаюш,иеся способом подвода тепла. [c.11] Схема процесса представлена на рис. 1. Природный газ из коллектора, пройдя регуляторы давления и количества, под давлением 0,7—0,8 ати поступает в теплообменник 1, в котором он подогревается до 380° за счет тепла газов, отходящих после конверсии окиси углерода. Из теплообменника природный газ направляется в аппарат 2, заполненный Поглотителем на основе окиси цинка (ГИАП-10), который при температуре 380° практически полностью связывает сернистые соединения. Очищенный газ с содержанием сернистых соединений не более 2—3 мг серы на кубометр смешивается в па-рогазосмесителе 3 с водяным паром, предварительно нагретым до 380° в пароперегревателе 10 также за счет тепла газа после конверсии СО. Необходимое количество дозируемого пара регулируется автоматически. [c.11] Парогазовая смесь с объемным отношением пар газ = = 2,5 1 и температурой 380° поступает затем в первую ступень конверсии метана — трубчатую печь 4. При прохождении сверху вниз через никелевый катализатор, лежащий в вертикально подвешенных трубах из специальной жаропрочной стали, при температуре, постепенно возрастающей с 400 до 700°, происходит превращение метана приблизительно на 70%. Путем повышения температуры в слое катализатора до 800° (на выходе), если это требуется, можно достигнуть степени превращения метана 95—96%, Однако при наличии 2-й ступени конверсии более целесообразно проводить разложение метана в трубчатой печи только на 70%, так как это позволяет значительно увеличить производительность печи и срок службы труб, а также уменьшить удельный расход греющего газа. [c.11] Вернуться к основной статье