Курсовая работа: Каталитическая конверсия метана водяным паром
1. СН4 + Z 
ZCН2 + Н2 ,
2. ZCН2 + Н2 О ZCНOH + Н2 ,
3. ZC Н OH ZCO + Н2 ,
4. ZCO Z + CO ,
5. Z + Н2 О ZO + Н2 (равновесная стадия),
6. ZО + CО Z + СО2 (равновесная стадия).
Здесь Z – активный центр на поверхности катализатора.
Для описания процесса конверсии метана итоговыми уравнениями, связывающими исходные вещества СН4 и Н2 О и продукты Н2 , СО, и СО2 , достаточно написать 2 линейно независимых уравнения реакций, например, уравнения (1) и (2). Любое другое уравнение, связывающее эти вещества, можно будет получить из первых двух. Уравнение (2) описывает конверсию СО в аппаратах 5 и 6.
3.4 Физико-химические основы процесса конверсии метана [3]
Конверсия природною газа может быть осуществлена либо термическим разложением метана
СН4 - С+2Н2 – 18,1 ккал (1)
либо каталитическим окислением метана водяным паром, кислородом и двуокисью углерода:
СН4 + 0,5О2 - CO + 2 H 2 + 8,5 ккал (2)
СН 4 + H2 O « CO + 3H2 – 49,3 ккал (3)
СН 4 + CO2 « 2CO + 2H2 – 59,1 ккал (4)
СО + H2 O « CO2 + H2 + 9,8 ккал (5)
Выбор окислителей и их возможные сочетания определяются назначением процесса и технологической схемой дальнейшей переработки полученного газа.
Реакции (1) — (2) практически необратимы. Реакции (3) — (5) являются обратимыми, т. е. в зависимости от условий, в которых они осуществляются, могут проходить как слева направо, так и справа налево.
Вследствие обратимости реакции прямой процесс невозможно осуществить до конца. В самом деле, в обратимых реакциях, например в реакции (3), оба процесса—прямой (взаимодействие метана с водяным паром) и обратный (взаимодействие окиси углерода с водородом) — протекают одновременно. При достаточно высоких температурах и концентрациях метана в газовой смеси скорость прямой реакции гораздо больше, чем скорость обратного процесса. Постепенно скорости прямого и обратного процессов выравниваются и наступает химическое равновесие, при котором в смеси присутствуют как исходные вещества, так и продукты реакции.
Равновесный состав газа для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей и интервале температур 827—1027°С приведен в табл.1).
С изменением температуры, давления и состава исходной смеси равновесный состав газа также изменяется. При повышении температуры увеличиваются скорости обеих реакций (прямой и обратной), но увеличиваются они в разной степени. В случае реакций, протекающих с поглощением тепла (эндотермических реакций), например реакции (3), скорость прямой реакции возрастает гораздо больше, чем скорость обратной реакции. В результате этого равновесие сдвигается вправо, т. е. в сторону уменьшения содержания метана в конвертированном газе. В случае же реакций, протекающих с выделением тепла (экзотермических реакций), например реакции (5), равновесие сдвигается влево, т. е. степень конверсии окиси углерода снижается.
Таблица 1. Равновесный состав газа в процессе конверсии метана для обычно применяемых в промышленности исходных газовых смесей при абсолютном давлении 1 ат
| Температура °С | Состав сухой газовой смеси при равновесии, объемн. % | ||||
| CO2 | СО | H2 | СН 4 | N2 | |
| Исходная смесь СН 4 : H2 O = 1 : 2 | |||||
|
827 927 |
4,62 3,78 |
19,20 20,27 |
76,08 К-во Просмотров: 393
Бесплатно скачать Курсовая работа: Каталитическая конверсия метана водяным паром
| ||