Влияние давления на равновесную степень конверсии и состава
конвертированного газа (Т = 1000 К, n = 2)
Таким образом, при повышении давления равновесная степень превращения метана уменьшается, а степень конверсии СО практически не изменяется. Следовательно, в процессе конверсии при повышенных давлениях для компенсации отрицательного влияния давления температуру процесса необходимо повышать до 1300 К и выше.
Несмотря на то, что понижение давления по принципу Ле-Шателье смещает равновесие реакции (1) вправо, процесс проводят при повышенных давлениях (примерно 2 - 5 МПа), что позволяет:
1) увеличить скорость процесса и его интенсивность;
2) уменьшить объем оборудования;
3) использовать давление природного газа в магистральных трубопроводах;
4) уменьшить расход энергии при последующей компрессии газов, направляемых, например, на синтез аммиака или синтез метанола;
5) создавать более компактные и эффективные системы утилизации тепла.
При температуре 900 0С и давлении ≈ 4 МПа равновесный выход реакции (1) близок к 100 %.
Кроме температуры и давления существенное влияние на степень превращения метана оказывает соотношение пар/газ, что иллюстрируется следующими данными (Т = 1000 К; Р = 0,1 МПа):
Полученные данные обусловливают необходимость осуществления процесса конверсии с избытком водяного пара, что и реализуется на практике.
Таким образом, на основании анализа равновесия реакций, протекающих при конверсии метана водяным паром, можно сформулировать оптимальные параметры процесса: температура – 1100–1300 К, давление 0,1–3,0 МПа, соотношение пар/ газ – 2–4.
|
|
|
Однако эти параметры должны быть уточнены на основании анализа кинетических закономерностей процесса.
Таким образом, на основании анализа равновесия реакций, протекающих при конверсии метана водяным паром, можно сформулировать оптимальные параметры процесса: температура 1100–1300 К, давление 0,1–3,0 МПа, соотношение пар: газ – 2–4.
Однако эти параметры должны быть уточнены на основании анализа кинетических закономерностей процесса.
Конверсия метана диоксидом углерода
При использовании в качестве окислителя диоксида углерода протекают реакции: Производство водорода и азотоводородной смеси
СН4 + СО2 ↔ 2СО + 2Н2 – 247,36 кДж;
СО2 + Н2 ↔ СО + Н2О – 41,17 кДж.
Влияние основных технологических параметров (температуры, давления, соотношения реагирующих компонентов) на степень превращения во многом аналогично реакциям конверсии метана водяным паром, так как первая реакция сильно эндотермична и протекает с увеличением числа газовых молей, а вторая реакция экзотермична и протекает без изменения объема. Методика расчета равновесной степени превращения и состава конвертированного газа аналогична вышеописанной. Однако из-за отсутствия в природе чистого углекислого газа эта реакция практического применения не находит.
|
|
|
Конверсия метана кислородом
При использовании в качестве окислителя кислорода происходит реакция
СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2 + 35,65 кДж.
В отличие от конверсии метана водяным паром и диоксидом углерода эта реакция экзотермична и практически необратима. Значение константы равновесия при 400 К составляет 4,3·1013, а при 1400 К – 1,5·1011, поэтому изменение температуры мало сказывается на составе конвертированного газа. Первой стадией процесса конверсии метана кислородом является горение метана пореакции
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.
В результате процесса горения температура реакционной смеси повышается до 1500–1700 К. После полного израсходования кислорода протекают эндотермические реакции:
СН4 + Н2О ↔ СО + 3Н2;
СН4 + СО2 ↔ 2СО + 2Н2.
Наряду с этими реакциями вследствие высокой температуры протекает и крекинг метана с образованием сажи:
СН4 = С + 2Н2.
Для того чтобы уменьшить количество образующейся сажи, процесс конверсии проводят с избытком кислорода при соотношениях О2/СН4 = 0,6–0,7. Существенным достоинством процесса кислородной конверсии метана является его экзотермичность, что позволяет проводить процесс конверсии автотермично, без подвода тепла извне. Однако из-за высокой стоимости кислорода этот процесс для получения аммиака в современных схемах практически не используется.
|
|
|
Значительно большее применение в промышленности получил процесс конверсии природного газа смесью окислителей, в частности смесью кислорода или воздуха с водяным паром. При использовании смесей окислителей одновременно протекают экзо- и эндотермические реакции, что позволяет осуществлять процесс конверсии автотермично и изменять состав конвертированного газа для получения азотоводородной смеси стехиометрического состава.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 480; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!