Конверсия газов

переработка газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и окись углерода с целью получения водорода или его смесей с окисью углерода. Такие смеси используются для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или подвергают дальнейшей переработке для получения водорода. Конверсию проводят с применением в качестве окислителей различных реагентов (кислорода, водяного пара, двуокиси углерода и их смесей). Возможно также использование для этой цели окислов металлов. Наиболее экономичным сырьём для конверсии является метан (природный газ). Конверсия метана различными окислителями может быть описана уравнениями.

CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 — 2066․102 дж (49,3 ккал), CH4 + CO2 ⇔ 2CO + 2H2 — 2476․102 дж (59,1 ккал), CH4 + 0,5 O2 ⇔ 2H2 + 356∙102 дж (8,5 ккал), CO + H2O ⇔ CO2 + H2 + 411∙102 дж (9,8 ккал). Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом. Различают К. Г. Каталитическую и высокотемпературную. Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в трубчатых печах с внешним обогревом (паровая конверсия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом (1,5—2 кгс/см2, или 0,15—0,2 Мн/м2, см. Автотермическую конверсию в таблице) и повышенном (20—30 кгс/см2 или 2—3 Мн/м2) давлении. Наилучший катализатор — никелевый с различными добавками. Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах 1350—1450 °С и давлениях до 30—35 кгс/см2, или 3—3,5 Мн/м2.

При этом происходит почти полное окисление метана и др. Углеводородов кислородом до CO и H2. Примерный состав газа, получаемого при высокотемпературной кислородной некаталитической конверсии метана. 3-4% CO2, 36—38% CO, 57-59% H2, 0,2—0,4% CH4, 2% N2. Преимущество этого метода — отсутствие катализатора и несложное аппаратурное оформление, недостаток — повышенный расход кислорода. Состав газа, получаемого при каталитической конверсии метана под давлением до 200 кн/м2 (2 кгс /см2) -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |  | Максимальная | Состав исходной смеси | Конечный состав газа, % | | |  | температура | | | | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Конверсия  | слоя катализатора  | Н20 (кг) | 02 (нм3)  | | | | | | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| |  | °C | CH4 (нм3) | СН4 (нм3) | СО2 | СО  | Н2  | СН4 | N2  | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Паровая | 800 | 2 | —  | 8 | 15 | 75  | 1,5 | 0,5  | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Автотермическая | 1000  | 0,7 | 0,5 | 9 | 22 | 67  | 1,0 | 1,0  | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Конверсию окиси углерода применяют преимущественно для производства водорода.

Использование катализаторов обеспечивает необходимую скорость реакции. Наиболее эффективны железо-окисные катализаторы с различными добавками. Конверсию окиси углерода обычно ведут при 400—450 °С, невысоком или повышенном давлении с подачей трёхкратного (против стехиометрического) и большего избытка водяного пара. Лит. Справочник азотчика, т. 1, М., 1967, разд. 2. Термодинамика процессов получения газов заданного состава из горючих ископаемых, М., 1969. В. С. Альтшулер.