Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Вибір технологічної схеми добування H2 залежить від способу, яким досягається найбільший вихід. Як правило, технологічний процес проводять з великим надлишком водяної пари. Поряд з цим для досягнення високого виходу H2 можна вилучати CO2 під час процесу за рахунок каталізатора (наприклад, MgO), який здатний зв'язувати утворюваний внаслідок реакції CO2.
У технологічному процесі, який здійснюється в реакційному апараті — конверторі (див. рис. 16), чистий H2 добувають з суміші водяного газу і водяної пари, а, азотоводневу суміш для синтезу NH3 — з напівводяного газу або з суміші водяного і повітряного генераторного газів, у якої відношення суми H2 і CO до N2 близьке до 3 : 1.
Напівводяний газ, добутий внаслідок газифікації твердого палива, має приблизно такий склад (%): CO — 34, H2 — 37, N2 — 22, CO2 — 6, CH4 і H2O — 1. І
Після очищення напівводяний, або змішаний, газ надходить на конверсію CO водяною парою.
Незважаючи на посилення побічних реакцій, конверсію проводять під тиском 9,8 — 29,4 • 105 Па. При цьому збільшується швидкість основної реакції і створюється можливість до деякої міри знизити температуру і зменшити витрату водяної пари, а також зменшити об'єм апаратури.
'На"рис. 107 показано схему двоступеневої конверсії CO у водяному газі. Газова суміш з температурою 20—30° C надходить у башту-са-туратор 1 з насадкою, де зрошується нагрітою до 85° C водою, нагріваї ється до 75—80° C і насичується парою у співвідношенн^близько 1:1. Турбовентилятором 2 газ нагнітається в парогазозмішувач^, куди одночасно подається водяна пара підтиском (1,5—2) • 105 Па. Утворена парогазова суміш (співвідношення CO : H2O близько 1 : 7,5), температура якої 100—110° С, надходить у теплообмінник 4, де нагріва ється до 400—450° C і поступає в конвертор 5, проходячи послідовно через два шари каталізатора 6.
Після конверсії парогазова суміш з температурою 485° C охолоджується в теплообміннику 4 до 170—180° C і проходить через водонагрів-HV башту 8, де зрошується водою, яка надходить із сатуратора П має
Таблиця 9. Рівноважний склад газової суміші при конверсії CH4 водяною парою
Температура,
°С
Склад газової суміші, об. %
CH4
H2O
CO
H2
727 827 927
5,08 1,71 0,64
5,08 1,71 0,64
22,46 24,14 24,68
67,38 72,44 74,07
температуру 68—70° C Газ охолоджується до 80—85° С, а вода нагрівається до 85—90° C і знову йде на зрошування сатуратора /.
Об'ємна швидкість газу в конверторі, який працює під тиском, близьким до атмосферного, коливається в межах 270—400 м3/(м3 X X год) каталізатора.
Схема конверсії CO під тиском (10—ЗО) • 106 Па в принципі майже не відрізняється від схеми конверсії під тиском, близьким до атмосферного, за винятком температурного режиму і об'ємної швидкості.
Добування H2 конверсією СЩ. Аналіз техніко-економічних показників виробництва синтетичного NH3 при використанні різних видів сировини показує, що найнижчих собівартості і капіталовкладень досягають при використанні продуктів переробки природного газу. Тому тепер виробництво H2 методом конверсії вуглеводневих газів набуває великого значення, оскільки ресурси артопт-гого і попутного газів надзвичайно великі.
При конверсії CH4 для добуваний H2 як окислювач застосовують водяну пару, CO2, O2 ja6o суміші їх.
Конверсію CH4 різними окислювачами можна зобразити такими рівняннями реакцій:
CH4 + H2O = CO + 3H2 — Q; (г)
CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 - Q; (д)
CH4 + 0,5O2 = CO + 2H2 + Q. (е)
CH4 та CO можуть також частково окислюватись до CO2 за схемами:
CO + H2O = CO2 + H2-I-Q; CH4 + 2O2 ч± CO2 + 2H2O + Q.
Реакції окислення гомологів CH4 аналогічні. Як видно з рівнянь, !спочатку доб>зають суміш CO і H2, потім CO зазнає конверсії водяною /парою з утворенням H2 і CO2. В табл. 9 подано рівноважний склад газової суміші, яка утворюється за реакцією (г), коли реагуючі компоненти відповідають стехіометричному атмосферному,тиску.
Як видно з табл. 9, для того щоб в рівноважних умовах відбулася практично повна конверсія CH4, температура реакції повинна бути трохи більшою за 927° С. Однак при цій температурі швидкість реакції невелика. Достатня швидкість спостерігається при температурі 1350° C і вище. Враховуючи те, що в умовах виробництва ендотермічний процес при високих температурах проводити важко, конверсію CH4 здійснюють на каталізаторі з надлишком водяної пари.
Природний газ
і , — 11 Конвертований
D' газ
Рис. 108. Схема парової двоступеневої каталітичної конверсії CH4 і CO під тиском,
близьким до атмосферного.
У промисловості застосовують^щи_основні способи конверсії CH4: италітичну парову конверсію, каталітичну парокисневу або парокис--невоповітряну конверсію та високотемпературну (некаталітичну) конверсію O2 або повітрям, збагаченим O2. В основу цих трьох способів конверсії CH4 покладено реакції (г), (д), (е). Реакції (г) і (д) ендотермічні, а реакції парокисневої і парокисневоповітряної конверсії CH4 — екзотермічні.
В промисловості каталітичні процеси парокисневої і парокиснево-повітряної конверсії залежно від активності каталізатора, вмісту S у вихідному газі та CH4 в кінці процесу провадять при 800—1050° C з застосуванням тиску і нікелевого каталізатора. Високотемпературну кисневу і кисневоповітряну конверсії CH4 провадять при 1275— 1400° C без каталізатора.
