2. Автотермическая конверсия метана

От чисто паровой каталитической конверсия метана автотермическая конверсия отличается тем, что в зону реакции помимо водяного пара в качестве окислителя вводится кислород (парокислородная конверсия), так же иногда вводят водород для увеличения зоны реакции. При взаимодействии кислорода с метаном выделяется тепло, что исключает необходимость в подводе со стороны тепла, требуемого для осуществления эндотермической реакции паровой конверсии метана. Это является существенным преимуществом способа, поскольку упрощает аппаратурное оформление процесса в реакторе шахтного типа.

Для получения конвертированного газа с минимальным содержанием азота добавляют технический кислород( ~95% О₂) при производстве технологического газа для синтеза аммиака к исходной газо-паровой смеси добавляют воздух, обогащенный кислородом (40—42% О₂) для уменьшения расхода технического кислорода смесь исходных компонентов целесообразно предварительно нагревают до возможно более высокой температуры (400-500 ⁰С). В этом случае автотермичность процесса достигается при добавлении к 1 объему метана 0,5— 0,6 объема кислорода и обеспечивается практически полная конверсия метана.

Развитие производства водорода путем каталитической конверсии углеводородов нельзя рассматривать как простой количественный рост единичной мощности агрегатов конверсии углеводородов при неизменности традиционных технических решений. Действительно, при достижении определенной мощности агрегатов можно ожидать своеобразного качественного скачка, когда зарекомендовавшие себя способы и аппараты перестанут быть оптимальными. В то же время процессы, ранее считавшиеся бесперспективными, могут оказаться наиболее применяемыми. В связи с этим не исключено, что в будущем потребуется пересмотр традиционно отрицательного отношения к некоторым процессам конверсии углеводородов. Этот пересмотр может коснуться и процессов автотермической конверсии углеводородов. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание изучению данного процесса. Поскольку автотермическая конверсия метана осуществляется в промышленном масштабе в шахтных конверторах с применением кислорода и качестве окислителя, то при этом в слое катализатора возникает узкая высокотемпературная зона беспламенного горения метана, где полностью расходуется введенный в конвертор кислород. Указанная зона обычно распространяется по всему поперечному сечению шахты, но имеет небольшую ширину (порядка нескольких сантиметров).

Одним из свойств зоны горения является ее лабильность. Под влиянием ряда факторов она может существенно изменять конфигурацию: изгибаться, принимая выпуклую, вогнутую или волнообразную форму. Средний уровень ее размещения в шахте может колебаться в широких пределах. Зона может подниматься навстречу потоку газа и достигать уровня расположения устройства, предназначенного для смешения исходных компонентов реакции, В последнем случае, как правило, происходят перегорание

смесильного устройства, и возникает аварийная ситуация. В иных условиях зона может постепенно смешаться по направлению потока газовой смеси и достигать выходного канала конвертора, что также приводит к аварийной остановке агрегата. Лабильность температурной зоны особенно характерна для промышленного процесса парокислородовоздушной конверсии метана, осуществляемого при давлении, близком к атмосферному.

Условия возникновения лабильности золы горения в указанных условиях не изучались. В работах впервые было исследовано влияние катализаторов на стабилизацию зоны горения в условиях парокислородовоздушной конверсия метана.

Для оценки способности катализаторов стабилизировать зону горения метана предстоит разработать специальную методику.