Метанирование

Очистка азотоводородной смеси (АВС) каталитическим гидрированием основана на применении следующих реакций:

СО + 3Н2 = СН4 + Н2О + 49,4 ккал (206,6 кДж)              (4.41)

СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + 39,5 ккал (165,5 кДж)          (4.42)

Все реакции гидрирования являются экзотермическими, и в условиях проведения процесса очистки их следует рассматривать как необратимые, что позволяет достигать практически полной очистки газа от кислородосодержащих примесей монооксида и диоксида углерода.

Теоретическое повышение температуры при гидрировании 1% об. соответствующей смеси составляет: СО – 700С, СО2 – 600С.

Очистка газов каталитическим гидрированием проводится в широком интервале давлений. Температура процесса зависит от активности применяемого катализатора. Основу катализаторов гидрирования составляют такие активные компоненты как никель, железо и металлы платиновой группы. Наиболее распространены никелевые катализаторы, т.к. никель обладает высокой активностью в отношении реакции гидрирования монооксида углерода.

Для метанирования применяется никельалюминиевый катализатор на носителе, содержащий (20÷40)% никеля. В состав его входят оксид алюминия, соединения магния и кальция. Катализатор имеет форму таблеток. При давлении (2÷4)МПа ((20÷40)кгс/см2) объемная скорость на этом катализаторе допускается (4000÷15000) ч-1. Достоинством никельалюминиевого катализатора является высокая термостойкость – выдерживает нагревание до (600÷650)0С. Остаточная объемная доля монооксида углерода в газе составляет не более 10 ррm, диоксида углерода — не более 5 ррm. Никельалюминиевый катализатор работает в восстановленном состоянии.

Восстановление катализатора ведут при температуре (300÷400)0С водородосодержащим газом. Присутствие в газе диоксида углерода не влияет на процесс гидрирования монооксида углерода. Напротив, гидрированию диоксида углерода препятствует присутствие в газе монооксида углерода.

Для повышения скорости гидрирования СО2 следует увеличить линейную скорость газового потока через слой катализатора. При этом каталитический процесс переходит во внешнюю диффузионную область и скорость гидрирования СО2 резко возрастает.

Преимуществом процесса каталитического гидрирования является возможность достижения тонкой очистки.

Его недостаток заключается в увеличении концентрации метана в АВС, идущей на синтез аммиака.

Катализатор метанирования изготавливается в виде оксида никеля на носителе, который необходимо восстанавливать в металлический никель, чтобы сделать катализатор активным.

Восстановление оксида никеля может происходить по двум реакциям:

NiO + Н2 = Ni + Н2О – 2,56 кДж                                       (4.43.)

NiО + СО = Ni + СО2 + 30,29 кДж                                             (4.44.)

Эти реакции не приведут к большому повышению температуры в слое катализатора. Однако как только в процессе восстановления рабочим газом произойдет образование металлического никеля, сразу начинается метанирование, которое приведет к возрастанию температуры. По этой причине газ, используемый для восстановления, должен содержать возможно меньше СО и СО2 — в сумме не более 1% (об.). На последних стадиях восстановления поднимают температуру до 4000С, т.к. это увеличивает степень восстановления никеля. Для достижения этой температуры может оказаться необходимым увеличить содержание монооксида углерода во входящем газе.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector