Первая стадия процесса Фишера — Тропша состояла в получении синтез-газа из твёрдых углеводородов (обычно каменного угля):
Для |
этого |
сквозь |
слой |
Синтез-газ |
раскалённого |
каменного угля |
смесь монооксида углерода |
||
продували перегретый |
водяной |
(угарного газа) и водорода |
||
пар. |
|
|
|
|
Далее процесс |
Фишера — |
Тропша |
описывается следующим химическим |
|
уравнением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Смесь получаемых углеводородов |
|
|
|
|
очищают для получения целевого |
|
|
|
|
продукта — |
|
|
|
|
синтетического бензина. |
Получение более тяжёлых видов топлива методом Фишера — Тропша экономически
невыгодно из-за быстрого отравления катализатора. |
51 |
|
Синтез-газ получение и применение
Его в основном получают из природного газа (метана).
Понятие «синтез-газ» применяют к разным смесям монооксида углерода (СО) и водорода (Н2), которые используются для получения некоторых нефтехимических продуктов..
аммиак, метанол и парафиновые углеводороды
Сегодня синтез-газ используется в химической промышленности для получения различного сырья. Кроме того он так же используется в качестве экологически чистого источника тепла и энергии.
Синтез-газ используется в качестве исходного сырья для получения метилового спирта и синтетического жидкого топлива, который по своим характеристикам не в чём не уступает традиционному.
Синтез-газ (сигаз) – смесь газов, главными компонентами которой являются СО (оксид углерода) и Н2 (водород). В зависимости от метода получения синтез-газа
соотношение CO:Н2 в нем варьируется от 1:1 до 1:3.
В прямой зависимости от применяемого сырья и метода его получения (от вида конверсии — водяным паром или кислородом) соотношение компонентов в синтез- газе изменяется в широких пределах.
Как правило, процентное содержание веществ в сыром неочищенном синтез- газе следующее:
≈синтеза можно увеличить количество СО, а увеличив давление можно повысить содержание Н2 и СН4.поскольку повышением температуры в процессе
Также, помимо данных веществ синтез-газ может содержать и другие вещества – инертные газы (N2) и серосодержащие соединения (H2S), если исходное сырье
содержало серу. От ненужного присутствия в синтез-газе таких веществ |
|
как углекислый газ и сера избавляются путем очистки. |
53 |
|
|
ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕЗ-ГАЗА
54
55
Способы получения синтез-газа:
1902 год – П. Сабатье и Ж. Сандеран получили метан из СО и H2
1908 год – Е. Орлов открыл, что при пропускании СО и Н2 над катализатором (Ni+Pd/уголь) образуется этилен
1911 год – немецкий химик Ф. Бергиус получил из угля бензин
1926 год – работа Ф. Фишера и Г. Тропша «О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении».
1945 год – развитие нефтедобычи и падением цен на нефть привело к спаду синтеза жидких топлив из СО и Н2
1973 год – разразился нефтяной кризис
…2000…– в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины только в ЮАР
2000… – резкое возрастание публикаций, посвященных химии одноуглеродных молекул (так называемая С1-химия)
56
История человечества знает довольно много примеров, когда в силу необходимости рождались кардинально новые подходы к решению существующих жизненно важных проблем. Например, в Германии в промежуток между первой и второй мировыми войнами, лишенной доступа к крупным нефтяным источникам, назревал серьезный дефицит топлива, которое было необходимо для функционирования гражданской и военной техники.
Располагая существенными запасами ископаемого угля, Германия начала искать пути его трансформации в жидкое топливо, пригодное для двигателей внутреннего сгорания. Эта проблему удалось решить благодаря усилиям превосходных химиков, из которых отдельного упоминания заслуживает Франц Фишер, директор Института кайзера Вильгельма по исследованию угля.
В 1926 году Ф. Фишер и Г. Тропш опубликовали работу "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при нормальном давлении", где сообщалось, что при восстановлении монооксида углерода (CO) водородом (H) при нормальном атмосферном давлении в присутствии катализаторов при температуре в 270 градусов по шкале Цельсия можно получить жидкие и твердые гомологи метана.
57
Так на свет появился знаменитый способ синтеза углеводородов из монооксида углерода, называемый с тех пор методом Фишера-Тропша. Благодаря данному методу смесь водорода и угарного газа в различных соотношениях может легко быть получена как из каменного угля, так и из любого другого сырья, содержащего углерод. Полученную в результате данного процесса смесь газов начали называть синтез-газом.
Промышленное производство синтез газа
•Существующие технологии требуют применения высоких температур, давлений и большинство из них, использования катализаторов
•Главным критерием при выборе технологии является, прежде всего, ее экономичность, которая определяют рентабельность всего производства
•Все технологии получения синтез-газа могут быть разделены на два класса:
термическое воздействие с использованием и без использования катализа.
58
59
Сегодня существуют три основных метода получения синтез-газа.
1. Газификация угля
Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром:
C + H2O ↔ H2 + CO
реакция является эндотермической, поэтому равновесие сдвигается вправо при температурах 900-1000 °С. Соотношение СО:Н2=1:1
Разработаны различные технологические процессы, использующие парокислородное дутье, благодаря которому наряду с упомянутой реакцией параллельно протекает экзотермическая реакция сгорания угля, которая обеспечивает необходимый тепловой баланс. Ее формула:
C + 1/2O2↔CO
60