Пост опубликован: 13.08.2012

Производство водорода из природного газа

Метод основан на окислении (конверсии) метана парами воды, двуокисью углерода или кислородом при высокой температуре. При этом происходят следующие основные реакции-
Гомологи метана, имеющиеся в небольшом количестве в виде примеси — этан, пропан и др., также окисляются, давая при неполном окислении СО и H2, а при полном.
Равновесие эндотермической реакции (1) сдвигается в желательную сторону (вправо) при повышении температуры и избытке водяного пара.
В табл. 13 приводится равновесная степень конверсии метана (в %) в зависимости от температуры при соотношении метана и паров воды в исходной смеси 1 : 1 и 1 : 2.
Из таблицы видно, что почти полное превращение метана достигается при температурах 1100°К (827°С). При получении водорода выгодно довести до конца вправо как эндотермическую реакцию (1), так и экзотермическую (5). Для этого процесс ведут раздельно, в две ступени, причем вначале при высокой температуре, а затем увеличивая концентрацию водяного пара и несколько снижая температуру.
Реакцию конверсии метана можно осуществить и с применением катализатора и без него.
Для ускорения реакции при более низких температурах применяют катализаторы; лучшими из них являются никелевые катализаторы, активированные добавками алюминия, хрома, магния и др. В качестве носителя применяют глинозем. Газ, идущий на конверсию, должен быть очищенным от серы, во всяком случае, содержать ее не более 2-3 мгм3; при большем содержании серы необходима предварительная очистка газа
Различают следующие методы конверсии природного газа: каталитический, высокотемпературный (некаталитический) и конверсию под давлением. Каталитическая конверсия подразделяется на одно- и двухступенчатую.
Схема одноступенчатой каталитической конверсии природного газа со смесью водяного пара и кислорода представлена на рис. 33. Природный газ под давлением 0,7-0,8 проходит башню 1, орошаемую горячей водой (85-90°С); здесь Достигается степень насыщения водяным паром до соотношения пар : газ = 0,7 : 1. Затем к газу добавляют пар до отношения М : 1, после чего газопаровая смесь нагревается в теплообменнике 2 до 500-600° С и попадает в смеситель 3, куда добавляют кислород, если надо получить водород без азота, или обогащенный воздух, если нужна смесь.
Полученная смесь с температурой 450° С поступает в конвертор метана 4, заполненный никелевым катализатором; здесь происходят реакции (I) и (III). Из конвертора газ при 850-900° С с содержанием остаточного метана 0,5-2% идет в увлажнитель 5, откуда через теплообменник 2 с температурой 400° С поступает в конвертор 6″ с катализатором для конверсии окиси углерода. Часть газа можно пускать в конвертор 6, минуя теплообменник 2. После конвертора газ охлаждается до 180° С в котле-утилизаторе 7, а затем идет в водонагревательный теплообменник 8 и водонагревательную башню 9, где вода нагревается до температуры 85-90° С и идет на орошение башни 1.
Конвертированный газ окончательно охлаждается до 25- 35° С в конденсационной башне 9, после чего поступает на очистку от С02 и СО.
Конвертор метана 4 представляет собой аппарат шахтного типа; он состоит из стального кожуха, выложенного огнеупорным кирпичом. Для того чтобы остаточное содержание СН4 в конвертированном газе не превышало 0,5%, температура газа на выходе из конвертора должна быть не меньше 850° С.
Повышение давления сдвигает равновесие при конверсии природного газа влево и в этом смысле оказывает отрицательное влияние на процесс. Для достижения необходимой степени конверсии приходится еще больше повышать температуру. Тем не менее, в промышленности все чаще осуществляют конверсию под давлением 16-48, так как при этом увеличивается производительность установок. Конверсия под давлением экономически выгодна поскольку природный газ при выходе на поверхность имеет давление 30 и более и поэтому не нуждается в дополнительном сжатии.
Осуществление конверсии метана с углекислотой, как видно из реакции (II), менее выгодно для процесса получения водорода: последнего получается в 1,5 раза меньше, чем при реакции с водяным паром. Однако этот метод применяется в производстве метанола и высших спиртов, так как он обеспечивает требуемое соотношение СО и Н2. Конверсия метана с кислородом используется при получении ацетилена. В этом случае одновременно получается газ, содержащий СО и Н2 (синтез-газ).
В последнее время получила распространение также конверсия с кислородом при высокой температуре (1400-1500° С); в результате ее образуется до 90% СО + Н2при 30-35 атм и концентрации метана в продуктах реакции 0,3- 0,5%. Наконец, следует указать на «взрывную конверсию», которая происходит в условиях неполного сжигания метана в двигателях внутреннего сгорания.

/> />

Читайте так же:

    Комментарии запрещены.