ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия гетерогенных каталитических процессов из "Технология связанного азота Издание 2" В настоящее время к наиболее распространенным и экономичным методам получения технологического газа для синтеза аммиака относится конверсия углеводородных газов. В качестве исходного сырья в этом процессе используется природный газ, а также попутные нефтяные газы, газы нефтепереработки и остаточные газы производства ацетилена. [c.19] Природный газ содержит 94% и более метана, до 1,5% азота, до 2,5% двуокиси углерода (остальное — углеводороды С и выше и некоторые другие примеси). [c.19] Сущность конверсионного метода получения азотоводородной смеси для синтеза аммиака из углеводородных газов состоит в разложении при высокой температуре метана и его гомологов на водород и окись углерода с помощью окислителей — водяного пара или кислорода. Конверсию углеводородных газов проводят одним окислителем или смесью окислителей. Если в качестве окислителя применяется кислород воздуха, то в реакционную газовую смесь с воздухом вводится азот, необходимый для образования азотоводородной смеси. В этом случае в результате конверсии получается так называемый азотистый конвертированный газ. Если в процессе конверсии углеводородных газов используется водяной пар или технический кислород, то получается практически безазотистый конвертированный газ. [c.19] Для образования азотоводородной смеси к такому конвертированному газу добавляют азот, получаемый путем разделения атмосферного воздуха методом глубокого охлаждения (стр. 98). [c.19] Конвертированный газ содержит окись углерода, которая должна отсутствовать в азотоводородной смеси, направляемой на синтез аммиака. Для удаления окиси углерода газ подвергают конверсии с водяным паром, при этом образуется водород и двуокись углерода (стр. 30). [c.19] Осуществление глубокой конверсии метана со стехиометрическим количеством водяного пара, обеспечивающей остаточное содержание метана в равновесной газовой смеси не более 0,5%, возможно лишь при температуре выше 1000 °С. Однако и при такой высокой температуре скорость взаимодействия метана с водяным Паром в отсутствие катализатора очень мала. Катализатор не влияет на термодинамическое равновесие, он облегчает его достижение, термодинамически возможное, но трудно достижимое в отсутствие катализатора. [c.20] Применение кислорода или смеси кислорода с водяным паром позволит осуществить процесс конверсии без подвода тепла со стороны, т. е. автотермично, так как наряду с эндотермическими реакциями будут протекать экзотермические реакции. [c.20] В отсутствие катализатора скорость конверсии метана с кислородом также недостаточна при температуре 1000 °С. Лишь при 1350—1400 °С скорость реакции возрастает настолько, что можно и без катализатора приблизиться к состоянию равновесия и достичь высокой степени конверсии метана. Чтобы получить высокую степень конверсии метана с водяным паром или со смесью водяного пара и кислорода при температуре ниже 1000 °С, необходимо присутствие катализатора. [c.20] Таким образом, находят применение принципиально различные способы конверсии углеводородных газов каталитическая конверсия водяным паром или смесью водяного пара и кислорода и высокотемпературная конверсия без катализатора. [c.20] Катализ — ускорение химических реакций в результате действия веществ, называемых катализаторами, которые, участвуя в процессе, остаются после ег окончания химически неизменными. В промышленной практике наибольшее распространение получил гетерогенный катализ, когда реагирующие вещества и катализатор находятся в разных фазах. Большинство гетерогенно-каталитических реакций — это реакции между газообразными реагентами в присутствии твердых катализаторов. [c.20] Сущность ускоряющего действия катализатора заключается в образовании нестойких промежуточных соединений катализатора с исходными веществами, что приводит к уменьшению энергии активации реагирующей системы. Активные малоустойчивые промежуточные соединения, образующиеся на поверхности катализатора, в определенных условиях распадаются на целевой продукт и катализатор. [c.20] Общая скорость гетерогенно-каталитического процесса определяется наиболее медленной стадией или их совокупностью. [c.21] В связи с тем, что в гетерогенно-каталитических процессах большое значение приобретают процессы диффузии, связанные с пористой структурой катализатора, важнейпшми характеристиками катализаторов являются удельная поверхность, пористость, размеры пор и распределение их в зерне катализатора. [c.21] В гетерогенно-каталитических процессах различают внепшедиффузионную-область, если наиболее медленными стадиями являются первая и последняя стадии, и внутридиффузионную область, если процесс лимитируется второй и шестой стадиями. [c.21] Процесс относится к кинетической области, когда его лимитируют хтшче-ские стадии с третьей по пятую. Между названными областями лежат переходные области. [c.21] Для интенсификации гетерогенно-каталитического процесса создают условия, способствующие ускорению лимитирующей стадии. [c.21] Во внешнедиффузионной области процесс ускоряется при перемешивании реагируюнщх фаз. Увеличение линейной скорости газа также приводит к уменьшению внешнедиффузионных торможений. [c.21] Увеличение пористости и уменьшение размеров зерна катализатора способствует развитию поверхности, что ускоряет процессы, идзтцие во внутридиффу-зионной области. [c.21] В кинетической области переменшвание не влияет на скорость процесса,, которая определяется природой реагируюнщх веществ и специфичностью катализатора в условиях данной химической реакции. [c.21] Основной характеристикой катализатора, позволяющей оценить его ускоряющее действие по отношению к данной реакции, является активность. Активность катализатора принято определять соотношением констант скоростей реакции с катализатором и без него. Практически об активности катализатора судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора в единицу времени или по степени превращения исходной смеси реагентов в целевой продукт при стандартных условиях испытания. [c.21] Вернуться к основной статье