Лабораторная работа №6 Получение синтез-газа конверсией метана

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6


Получение синтез-газа конверсией метана
Синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода — широко используется в промышленности для производства жидких и газообразных углеводородов (синтез Фишера-Тропша), а также для получения кислородсодержащих продуктов (метанола, высших спиртов, альдегидов и.т.п.)
Основной метод получения синтез-газа - конверсия углеводородов при высоких температурах с водяным паром, со смесью водяного пара и диоксида углерода или водяного пара с кислородом. Чаще всего в качестве сырья используют метан, в некоторых случаях — каменный уголь.
В общем виде основная реакция конверсии углеводородного сырья водяным паром выражается уравнением:
С_nН_n+2 + n Н₂O <=> nСО + (2n+1)Н₂; - Q
При конверсии метана протекают следующие реакции:
1. СН₄ + Н₂O <=> СО + ЗН₂; - 206 кДж/моль
2. СО + Н₂O <=> СО₂ + Н₂; + 41 кДж/моль
3. СН₄+СО₂<=>2СО+2Н₂; - 248,3 кДж/моль
Все они обратимы и идут с увеличением объема. При необходимости получения синтез-газа с мольным соотношением Н₂:СО = 2:1, которое используется при синтезе метанола, основного продукта, производимого из синтез-газа, к исходному сырью добавляют 5 - 7% СО₂.
В настоящее время конверсию метана проводят в присутствии катализаторов, наиболее эффективными из которых являются катализаторы на основе оксида никеля.
Отечественные катализаторы марки ГИАП представляют собой цилиндры или кольца размером от 11х11x7 до 20х20х7мм. Они содержат от 4 до 30% оксида никеля (NiO), нанесенного на оксид алюминия Al₂O₃. Для повышения активности катализаторов в качестве промоторов используют MgO, Сг₂O₃, ТiO₂, CaO, ZrO₂ и т.д. В частности, катализатор, использованный в данной работе - ГИАП-25 представляет собой кольца размером 15х17х4 мм и содержит 25% NiO, 46%А1₂O₃, 14%CuO, 15%MgO.
Оптимальными условиями конверсии метана являются: температура 800 - 900°С, давление до 2 МПа, объемная скорость подачи метана 600ч^-1 и мольное соотношение Н₂O:CH₄, равное (2-3:1).
Сырье, поступающее на конверсию, должно быть тщательно очищено от соединений серы, которые являются сильными ядами для никелевых катализаторов. Содержание серы в сырье не должно превышать 2— 3 мг серы на 1м³.
Цель работы
Получение смеси СО и Н₂ — синтез-газа — паровой каталитической конверсией метана, составление материального баланса опыта и расчет основных показателей процесса: конверсии метана и воды, выходов синтез-газа на пропущенное и разложенное сырье, селективности процесса, соотношения СО:Н₂.