Физико-химические основы процесса конверсии оксида углерода
Конверсия оксида углерода
В результате конверсии метана получают газовую смесь, состоящую в основном из оксида углерода и водорода. Дальнейшей технологической стадией переработки метана в водород является реакция конверсии оксида углерода водяным паром. Константы равновесия этой реакции могут быть вычислены из уравнения :
lg Kp = 2217,5 / T + 0,297 lgT + 0,3525 * 10-3T + 0,0508 * 10-6T2 – 3,26
Ниже приведены значения констант равновесия
Kp = (CCO2 * CH2) / (CCO * CH2O)
вычисленные по указанному уравнению:
| T 0С | |||||||||
| Kp | 357,2 | 158,6 | 55,60 | 31,25 | 18,96 | 12,27 | 7,67 | 5,11 |
Зная величины констант равновесия, легко рассчитать для любого заданного состава исходного газа равновесную степень превращения СО или равновесное содержание оксида углерода в конвертированном газе.
Анализ значений констант равновесия при различных температурах показывает, что с понижением температуры равновесие реакции смещается вправо, т.е. в сторону образования водорода и диоксида углерода. Таким образом, при разработке технологического режима следует стремится к осуществлению низкотемпературного процесса конверсии СО.
Если исходить из стехиометрических коэффициентов реакции и применять паро – газовую смесь с равными концентрациями водяного пара и оксида углерода, то степень превращения СО получается довольно низкой. В промышленных условиях процесса среднетемпературной конверсии СО соотношение объемов пар : газ поддерживают в пределах 1,2 – 1,5, что, в зависимости от содержания оксида углерода в газе, соответствует 3 –5 кратному избытку водяного пара по сравнению с его стехиометрическим количеством. При повышенных температурах даже при большом содержании водяного пара в исходной паро – газовой смеси не достигается высокая степень превращения оксида углерода.
Практически конверсию оксида углерода целесообразно проводить в две ступени с промежуточным отводом тепла реакции. В этом случае в первой ступени необходимо поддерживать высокую температуру, обеспечивая тем самым высокую интенсивность процесса. Во второй низкотемпературной ступени следует поддерживать пониженную температуру, но такую, что бы на данном катализаторе достигалось достаточное приближение к состоянию равновесия.
При проведении двухступенчатого процесса конверсии оксида углерода на среднетемпературном катализаторе температура на первой ступени должна находится в приделах 480 – 530 0С, а на второй ступени 400 – 450 0С.
Применение ступенчатой конверсии дает возможность заметно повысить степень превращения оксида углерода или снизить расход водяного пара.
Для снижения температуры в пространство между ступенями вводят конденсат, при испарении которого отводится большое количество тепла, а конденсат превращается в водяной пар, являющийся одним из конвертирующих агентов.
Катализатор конверсии оксида углерода
Активность катализатора, оцениваемая по величине остаточного содержания оксида углерода в конвертированном газе при стандартных условиях испытания, зависит в основном от химического состава и метода приготовления катализатора. Наибольшее распространение получили катализаторы на основе оксида железа, активированных оксидом хрома.
Отечественный катализатор марки 482 приготовляют путем осаждения карбоната железа из раствора сульфата железа. В качестве осадителя применяют карбонат аммония. После промывки осадка его сушат и прокаливают при 250 – 300 0С. Образующуюся при этом оксид железа смешивают с хромовым ангидридом, далее контактную массу формуют и прокаливают в туннельной печи при 250 – 300 0С. После дробления и рассева получают катализатор в виде красно – бурых цилиндриков или таблеток диаметром около 10 мм и высотой 10 –25 мм. Некоторые свойства катализатора марки 482:
| Содержание, вес % | |
| Fe2O3 | 87,8 -90 |
| Cr2O3 | 6,3 – 7,5 |
| Плотность, кг/м3 | |
| Истинная | |
| Кажущаяся | |
| Насыпная | |
| Общая пористость, % | |
| Удельная поверхность, м2/кг | 20 000 – 23 000 |
При конверсии оксида углерода под давлением, близким к атмосферному , при температуре 380 – 420 0С объемная скорость газа на катализаторе марки 482 составляет 300 - 400 час-1.
Как показал рентгеноструктурный анализ, катализаторы, приготовленные на основе оксида железа, содержат a – модификацию Fe2O3 – кристаллический оксид железа ромбоэдрической структуре. Активной же частью катализатора в процессе конверсии оксида углерода является магнетит Fe3O4, состоящий из кристаллов кубической системы, катализатор восстанавливают газовой смесью, содержащей водород и оксид углерода. Согласно исследованиям А.М. Алексеева и И.П. Кириллова, восстановление железохромового катализатора сопровождается экзотермическими реакциями, а присутствие CO в газовой смеси может вызвать восстановление Fe2O3 до металлического железа. При этом не только снижается активность катализатора, но и создаются условия для протекания весьма быстрой экзотермической реакции окисления железа водяным паром, которая может вызвать резкий подъем температуры и перегрев катализатора. В результате этого возможно необратимое снижение активности катализатора, а в отдельных случаях даже спекание и механическое его разрушение. Поэтому было предложено применять в качестве восстановителя газовую смесь с низким содержанием СО.
Активность катализатора конверсии оксида углерода со временем снижается. Присутствующие в газе соединения серы и некоторые другие примеси отравляют его. Например, сероводород взаимодействует с оксидом железа по реакции:
FeO + H2 S n Fe S + H2O
Эта реакция является легкообратимой. Поэтому для уменьшения парциального давления сероводорода в паро – газовой смеси необходимо при наличии сернистых соединений в газе соответственно увеличивать расход пара. Срок службы катализатора 1 – 3 года. Для увеличения срока службы следует работать на возможно более чистых газах, содержащих не более 2 мл/м3 механических примесей и не выше 20 мл/м3 соединений серы в пересчете на элементную серу.
Дата добавления: 2021-01-26; просмотров: 400;
Поиск по сайту
Узнать еще
- D. ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОЙ МИКОЛОГИИ
- I. Специфические особенности процесса воспитания в сравнении с процессом обучения.
- II. Методологические основы педагогики.
- II. Основые приемы освоения духовых
- II. Физико-химические, восстановление металлов из их оксидов или карбидов.
- II. Формализация процесса формирования математических моделей
- II.3. Физико-химические свойства нефтей и природных газов
- III.Акустические основы настройки музыкальных инструментов
Публикации по технике и механике
Публикации по биологии
Публикации по информатике
Публикации по строительству
Публикации по физике
Публикации по химии
Публикации по электронике
Публикации по искусству
Публикации по истории
