Конверсия газа

Конверсия - 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.

Различают конверсию каталитическую и высокотемпературную. Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температуре 1350-1450 °С и давлении 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.

Технологии конверсии метана

• паровая конверсия.

CH₄ + H₂O ⇔ CO + 3H₂ - 2066,102 кдж (49,3 ккал)/ 1 моль метана. Необходима температура 700–900 °C, никелевый катализатор (с добавками), трубчатые печи с внешним обогревом. В результате получается синтез‑газ с соотношением CO : H₂ = 1 : 3 - оптимален для синтеза аммиака. Это наиболее распространённый промышленный метод получения водорода.

• парциальное окисление кислородом воздуха.

CH₄ + 0,5 O₂ ⇔ 2H₂ + 356,102 кдж (8,5 ккал). Применяются аппараты шахтного типа при небольшом (1,5—2 кгс/см², или 0,15—0,2 Мн/м²) и повышенном (20—30 кгс/см² или 2—3 Мн/м²) давлении. Без катализатора: 1100–1300 °C, с катализатором (никелевый блочный), температура ниже. В результате получается синтез‑газ с соотношением CO : H₂ = 1 : 2 - подходит для синтеза метанола.

• углекислотная конверсия ( испытания)

CH₄ + CO₂ ⇔ 2CO + 2H₂ - 2476,102 кдж (59,1 ккал)/1 моль метана. Реакция проходит при температуре 700–800 °C, с использованием никелевых или платиновых катализаторов. Получается синтез‑газ с соотношением CO : H₂ = 1 : 1 - используется для синтеза диметилового эфира.

• конверсия оксида углерода (II).

CO + H₂O ⇔ CO2 + H2 + 411,102 кдж (9,8 ккал). Позволяет получить водород из синтез‑газа, полученного на предыдущих стадиях. Реакция проходит при температуре 400-450 °C, железо‑окисный катализатор (Fe₃O₄) с добавками, невысоком или повышенном давлении с подачей трехкратного (против стехиометрического) и большего избытка водяного пара.. Использование двухступенчатой схемы с низкотемпературным катализатором (на основе меди) позволяет снизить температуру до 250 °C.

Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом.