Конверсия газов

Конве́рсия газов

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. Наиболее экономичным сырьём для конверсии является метан (природный газ). Конверсия метана различными окислителями может быть описана уравнениями:

CH4 + H2O ⇔ CO + 3H2 — 2066․102дж (49,3 ккал),

CH4 + CO2 ⇔ 2CO + 2H2 — 2476․102дж (59,1 ккал),

CH4 + 0,5 O2 ⇔ 2H2 + 356∙102дж (8,5 ккал),

CO + H2O ⇔ CO2 + H2 + 411∙102дж (9,8 ккал).

Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом.

Различают К. г. каталитическую и высокотемпературную. Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в трубчатых печах с внешним обогревом (паровая конверсия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом (1,5—2 кгс/см2, или 0,15—0,2 Мн/м2, см. автотермическую конверсию в таблице) и повышенном (20—30 кгс/см2 или 2—3 Мн/м2) давлении. Наилучший катализатор — никелевый с различными добавками.

Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах 1350—1450 °С и давлениях 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.

Состав газа, получаемого при каталитической конверсии метана под давлением до 200 кн/м2 (2 кгс /см2)

Конверсию окиси углерода применяют преимущественно для производства водорода. Использование катализаторов обеспечивает необходимую скорость реакции. Наиболее эффективны железо-окисные катализаторы с различными добавками. Конверсию окиси углерода обычно ведут при 400—450 °С, невысоком или повышенном давлении с подачей трёхкратного (против стехиометрического) и большего избытка водяного пара.

Лит.: Справочник азотчика, т. 1, М., 1967, разд. 2; Термодинамика процессов получения газов заданного состава из горючих ископаемых, М., 1969.

В. С. Альтшулер.