Конверсия газов

        переработка газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и окись углерода с целью получения водорода или его смесей с окисью углерода. Такие смеси используются для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или подвергают дальнейшей переработке для получения водорода. Конверсию проводят с применением в качестве окислителей различных реагентов (кислорода, водяного пара, двуокиси углерода и их смесей). Возможно также использование для этой цели окислов металлов. Наиболее экономичным сырьём для конверсии является метан (природный газ). Конверсия метана различными окислителями может быть описана уравнениями:

         CH₄ + H₂O ⇔ CO + 3H₂ — 2066․10² дж (49,3 ккал),

         CH₄ + CO₂ ⇔ 2CO + 2H₂ — 2476․10² дж (59,1 ккал),

         CH₄ + 0,5 O₂ ⇔ 2H₂ + 356∙10² дж (8,5 ккал),

         CO + H₂O ⇔ CO₂ + H₂ + 411∙10² дж (9,8 ккал).

         Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом.

         Различают К. г. каталитическую и высокотемпературную. Каталитическую конверсию метана проводят с водяным паром в трубчатых печах с внешним обогревом (паровая конверсия), а также с парокислородной смесью в аппаратах шахтного типа при небольшом (1,5—2 кгс/см², или 0,15—0,2 Мн/м², см. автотермическую конверсию в таблице) и повышенном (20—30 кгс/см² или 2—3 Мн/м²) давлении. Наилучший катализатор — никелевый с различными добавками.

         Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах 1350—1450 °С и давлениях до 30—35 кгс/см², или 3—3,5 Мн/м²; при этом происходит почти полное окисление метана и др. углеводородов кислородом до CO и H₂. Примерный состав газа, получаемого при высокотемпературной кислородной некаталитической конверсии метана: 3-4% CO₂, 36—38% CO, 57-59% H₂, 0,2—0,4% CH₄, 2% N₂.

         Преимущество этого метода — отсутствие катализатора и несложное аппаратурное оформление, недостаток — повышенный расход кислорода.

         Состав газа, получаемого при каталитической конверсии метана под давлением до 200 кн/м² (2 кгс /см²)

        --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        |                                                | Максимальная                  | Состав исходной смеси        | Конечный состав газа, %                                                                     |     |

        |                                                | температура                     |                                             |                                                                                                            |     |

        |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Конверсия                               | слоя катализатора            | Н₂0 (кг)          | 0₂ (нм³)          |                     |                     |                    |                     |                          |

        |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        |                                                | °C                                    | CH₄ (нм³)       | СН₄ (нм³)       | СО₂              | СО               | Н₂                | СН₄              | N₂                      |

        |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Паровая                                  | 800                                   | 2                   | —                  | 8                  | 15                | 75                | 1,5                | 0,5                     |

        |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        | Автотермическая                    | 1000                                 | 0,7                 | 0,5                 | 9                  | 22                | 67                | 1,0                | 1,0                     |

        |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

        --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

        

         Конверсию окиси углерода применяют преимущественно для производства водорода. Использование катализаторов обеспечивает необходимую скорость реакции. Наиболее эффективны железо-окисные катализаторы с различными добавками. Конверсию окиси углерода обычно ведут при 400—450 °С, невысоком или повышенном давлении с подачей трёхкратного (против стехиометрического) и большего избытка водяного пара.

         Лит.: Справочник азотчика, т. 1, М., 1967, разд. 2; Термодинамика процессов получения газов заданного состава из горючих ископаемых, М., 1969.

         В. С. Альтшулер.