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 Û CO + 3H2 — 2066Ч102 дж (49,3 ккал),
CH4 + CO2 Û 2CO + 2H2 — 2476Ч102 дж (59,1 ккал),
CH4 + 0,5 O2 Û 2H2 + 356·102 дж (8,5 ккал),
CO + H2O Û CO2 + H2 + 411·102 дж (9,8 ккал).
Реакции окисления гомологов метана идут аналогичным образом.
Различают конверсию газов 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 температура | Состав исходной смеси | Конечный состав газа, % | ||||||
| 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.