ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физико-химические основы процесса конверсии окиси углерода из "Технология связанного азота Издание 2" Каталитическую конверсию метана проводят водяным паром или смесью водяного пара и кислорода при более низких температурах (800—900°С), чем в отсутствие катализатора. Катализатор не влияет на константу равновесия реакции, он ускоряет в равной мере как прямую, так и обратную реакции, т. е. не смещает равновесие. Вследствие этого экзотермические обратимые реакции можно проводить при пониженных температурах, когда достигается наибольшая полнота превращения. [c.29] В качестве катализатора конверсии углеводородных газов были исследованы различные металлы, из которых наибольшей каталитической активностью обладает металлический никель. В настоящее время в отечественной промышленности получил применение никелевый катализатор марки ГИАП-3, разработанный Государственным институтом азотной промышленности. Катализатор приготовляют путем пропитки формованного носителя — глинозема (Al Og) раствором нитратов никеля и алюминия с последующей сушкой и прокаливанием массы. Нитраты никеля и алюминия при прокаливании превращаются в окислы никеля и алюминия. Окись алюминия является активатором (промотором). Предполагают, что она препятствует росту кристаллов никеля. [c.29] Катализатор выпускают в форме цилиндрических таблеток или колец, высота которых равна наружному диаметру. [c.29] Активность катализатора определяется остаточным содержанием метана в сухом конвертированном газе при стандартных условиях испытания для зерен размером 2—3 мм (промышленные таблетки измельчаются). [c.29] При атмосферном давлении и объемной скорости 2000 ч остаточное содержание метана для цилиндрического катализатора при 800 °С пе должно превышать 0,5 объемн. %, для кольцевидного при 750 °С — 1,2 объемн. %. [c.29] Приготовленный описанным способом катализатор содержит окись никеля, которая должна быть восстановлена, так как каталитический процесс конверсии метана идет только на металлическом никеле. Восстановление катализатора производится в контактном аппарате при высокой температуре водородом или смесью водорода и окиси углерода. В производственных условиях перед восстановлением катализаторную массу нагревают до 900—950 °С топочными газами. [c.30] Органические соединения серы (сероуглерод GSg, сероокись углерода OS и др.) в условиях процесса конверсии метана под действием водяного пара и водорода при 600—1000 °С практически полностью превращаются в сероводород. Образование неактивных сульфидов никеля в присутствии сернистых соединений в газе приводит к отравлению катализатора, т. е. к уменьшению (и даже потере) его активности. Однако, поскольку реакция (1.10) обратима, активность катализатора может быть восстановлена в определенных температурных условиях. [c.30] При температуре 600 °С и ниже активность отравленного катализатора не восстанавливается даже при подаче на него чистого газа, очищенного от соединения серы. При более высокой температуре, например 700 °С, отравление катализатора сернистыми соединениями в значительной степени обратимо и его активность может быть восстановлена почти полностью при переходе на работу с чистым газом. [c.30] Состояние равновесия данной реакции определяется температурой и концентрацией реагирующих веществ. Повышение температуры, согласно принципу Ле Шателье, сдвигает равновесие реакции влево, т. в. в сторону уменьшения выхода водорода, поэтому в процессе конверсии СО требуется отвод тепла. [c.30] Так как реакция (1.2) протекает без изменения объема, то К = = = К. [c.31] Значения константы равновесия реакции конверсии СО, вычисленные для некоторых температур по уравнению (1.12), приведены в табл. 1-3. [c.31] Результат вычисления теплового эффекта реакции конверсии при различной температуре представлен в табл. 1-4. [c.31] Увеличение значений константы равновесия с понижением температуры показывает, что при этом равновесие реакции (1.2) смещается вправо, т. е. в сторону образования водорода и СОа- Следовательно, для возможно более полной конверсии окиси углерода необходимо стремиться к осуществлению низкотемпературного процесса. Однако при снижении температуры скорость реакции настолько падает, что для достижения требуемой степени конверсии необходимо применять катализаторы. [c.32] Можно также увеличить степень конверсии окиси углерода путем смещения равновесия вправо за счет повышения содержания водяного пара в реакционной смеси или удаления СО2 из зоны реакции. Последний способ не нашел практического применения, первым же способом пользуются, применяя 3—5-кратный избыток водяного пара против стехиометрического количества. [c.32] Повышение давления не вызывает смещения равновесия. Несмотря нд это проведение процесса конверсии при повышенном давлении дает некоторые преимущества в увеличении скорости реакции, экономии энергии на сжатие газа, уменьшении размеров аппаратов и т. п. В связи с этим процесс конверсии окиси углерода при повышенном давлении экономически целесообразен. [c.32] Реакция конверсии окиси углерода протекает с выделением тепла. Чтобы процесс конверсии осуществлялся автотермично, необходимо за счет теплового эффекта реакции компенсировать неполный теплообмен между поступающей исходной смесью й конвертированным газом, потери тепла в окружающую среду и т. д. [c.32] При постоянном составе газа повышение температуры реакционной смеси прямо пропорционально степени конверсии окиси углерода. [c.32] Сравнительно недавно катализаторы конверсии использовались при температурах вшпе 400 °С. В двухступенчатой схеме на первой ступени температура поддерживалась на выходе из катализатора 4A)—530 С, на второй — 400—450 °С. В последние годы разработан низкотемпературный катализатор, активный при 200—300 °С. [c.33] Проведение двухступенчатого процесса конверсии СО с применением низкотемпературного катализатора на второй ступени позволяет уменьпшть остаточное содержание окиси углерода в конвертированном газе до 0,5% и менее, что существенно упрощает задачу дальнейшей очистки таза. [c.33] Активность катализатора, оцениваемая по остаточному содержанию окиси углерода в конвертированном газе или по значению константы скорости реакции при стандартных условиях испытания, зависит в основном от химического состава катализатора и метода его приготовления. [c.33] Вернуться к основной статье