49. Получение водоpода. Физико-химические основы конвеpсии co.

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^-3 T + 0,0508 * 10^-6 T ² – 3,26

Ниже приведены значения констант равновесия

 

Kp = (C_CO 2 * C_H 2 ) / ( C_CO * C_H 2 O )

 

вычисленные по указанному уравнению:

 

T 0 С	140	180	220	280	320	360	400	450	500
Kp	1054	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.