ПОЛУЧЕНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА КОНВЕРСИЕЙ МЕТАНА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ. УСЛОВИЯ ПРОЦЕССА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Паровая конверсия метана является основным промышленным процессом превращения метана в синтез-газ.

На активных катализаторах паровая конверсия метана протекает вплоть до достижения термодинамического равновесия. Константа равновесия равна 1 при 780°С. При 800°С равновесная степень превращения достигает 90—92%. Увеличение соотношения пар/метан повышает степень превращения метана. На практике применяют отношение Н₂О:СН₄= 2-5 в зависимости от конечного продукта, в который превращают затем синтез-газ. Избыток водяного пара препятствует также коксообразованию.

Побочным продуктом паровой конверсии метана является диоксид углерода, образующийся в количестве нескольких процентов. Давление не оказывает существенного влияния на протекание процесса, однако паровую конверсию метана зачастую проводят при повышенном давлении, поскольку это целесообразно для последующих процессов на основе синтез-газа.

Катализаторы паровой конверсии метана - переходные металлы VIII группы, из которых наиболее активными являются родий и рутений: Rh~Ru>Ni>Ir>Pd~Pt>>Co~Fe.

Однако, несмотря на более высокую активность этих катализаторов по сравнению с никелем, в промышленности используют именно последний, поскольку благородные металлы дороги, а кобальт и железо в условиях реакции окисляются и дезактивируются.

Чтобы развить поверхность катализатора, никель наносят на носитель. Типичным носителем является оксидная керамика (a-Al₂O₃, MgO, MgAl₂O₄, ZrO₂). Для лучшего массопереноса катализатор используют в виде небольших гранул или колец.

Принципиальная схема установки паровой конверсии метана

1 – компрессор; 2 – реактор гидрирования сернистых соединений; 3 – реактор очистки от сероводорода; 4 – печь конверсии; 5,7 – котлы-утилизаторы; 6 – кипятильники отделения ректификации метанола-сырца; 8 – подогреватель питательной воды; 9 – очистка от СО₂.

Природный газ компримируется компрессором 1 до давления 2,3-2,5 МПа, подогревается в дымоходе печи конверсии за счет тепла отходящих газов и направляется на очистку от сернистых соединений в реактор гидрирования 2 с целью превращения сернистых соединений в сероводород. После этого сырье направляется в реактор 3, где обессеривание осуществляется оксидом цинка при температуре 400°С. Если природный газ не требует гидроочистки, он сразу направляется в реактор обессеривания 3. Затем углеводородное сырье смешивается с водяным паром и небольшим количеством СО₂ и подогревается в конвекционной секции до 500-550^оС, после чего поступает в радиантные трубы печи конверсии, заполненные никелевым катализатором. Температура на выходе из радиантной камеры труб составляет 850-880^оС. Дымовые газы из радиантной камеры печи поступают в камеру конвекции, где подогревается сырьевая смесь. Затем их тепло используется для перегрева водяного пара высокого давления (пар в.д.) и нагрева жидких потоков блока синтеза метанола. В дымоходе нагреваются сырье и воздух, поступающий к горелкам, а дымовые газы отсасываются дымососом и выбрасываются в дымовую трубу. Синтез-газ из печи проходит котлы-утилизаторы 5 и 7, где генерируется водяной пар в.д. и н.д., обогревает кипятильники 6 установки синтеза метанола, которая составляет единую систему с установкой конверсии метана. После этого тепло синтез-газа используется для обогрева питательной воды котлов-утилизаторов, и он направляется в блок синтеза метанола.