Вступ

На початку ХХ століття було встановлено, що при взаємодії СО і Н2 в присутності відповідних каталізаторів можна одержати вуглеводні. Так, в 1902 р. Сабат’є здійснив синтез метану в присутності металічного нікелю.

а в 1908 р. Орлов доказав, що із СО і Н2 над нікель-паладієвим каталізатором можна одержати вуглеводні з більшою молекулярною масою. Наприклад

Каталітичні синтези на основі оксиду вуглецю і водню розвиваються уже біля 60 років(тобто в п’ятдесятих роках минулого століття). В 1924 р. Фішер і Тропш розробили метод одержання суміші вуглеводнів і кисневовмісних (кисневмісних) сполук при тиску 10-15 МПа і температурі 360-420 °С одержували переважно вуглеводні. Метод Фішера-Тропша одержав розповсюдження в довоєнній Німеччині для виробництва синтетичного палива із-за(в зв’язку з) відсутності нафти.

Поряд із цим було доказано(доведено), що на цинк-хромовому каталізаторі із СО і Н2 можна одержати метанол.

зараз синтез метанолу із оксиду вуглецю і водню – основний промисловий метод його виробництва. При заміні каталізатора і зміні умов процесу одержують суміш більш високомолекулярних спиртів і інших кисневовмісних(кисневмісних) продуктів. І, накінець(нарешті), використання кобальт-торієвого або залізних каталізаторів приводить (призводить) до утворення в порівняно мягких(м’яких) умовах суміш вуглеводнів. В продуктах синтезу на залізних каталізаторах міститься більше олефінів, сполук ізобудови і кисневовмісних (кисневмісних) продуктів (до 20-30%).

Одним із основних синтезів на основі СО і Н2 є оксосинтез – виробництво альдегідів (а подальшим їх відновленням – вищих спиртів) із ненасичених вуглеводнів. На основі СО і Н2 можна одержувати також карбонові кислоти і їх ероіди. [1, с. 326]

За останні (минулі)10 років інтерес (зацікавлення синтезом...)до синтезів на основі оксиду вуглецю і водню зріс в зв’язку з енергетичною кризою, а також із-за(в зв’язку з) загального обмеження ресурсів нафти і газу.

Вияснилось(з’ясувалось), що із СО і Н2 вигідно одержувати не тільки метанол, альдегіди і спирти, але також інші кисневовмісні (кисневмісні) продукти і вуглеводні. Синтез-газ є також одним з основних джерел водню. Ці продукти можуть бути синтезовані безпосередньо із синтез-газу або із метанолу. Нище (нижче) приведена схема і умови синтезів на основі СО і Н2. [1, с.327]

1.1 Методи виробництва готової продукції.

Хімічна технологія володіє рядом методів одержання Синтез-газу із твердого (кам’яновугільний кокс, буре вугілля, торф і інші), рідкого (легкі бензини, мазут, гудрон і інші) і газоподібного (природний, коксовий газ, гази нафтопереробки і інші) палива. [2, с.6]

Незалежно від методу одержання вихідного газу в ньому завжди присутні оксид і диоксид вуглецю. Основною різницею є вміст диоксиду вуглецю СО2, який може змінюватися в широких границях.

Основний метод виробництва синтез-газу – каталітична конверсія вуглеводневої сировини водяною парою при високих температурах.

При каталітичній конверсії метану можуть проходити такі реакції

Реакція (4) має місце у випадку подачі в систему кисню.

Реакції (1) і (3) є сильно ендотермічними, а (2) і (4) екзотермічними. Всі вони зворотні і ідуть із збільшенням об’єму. Відповідно, рівновага реакцій (1)-(4) зрушується вправо при зниженні тиску, а реакцій (1) і (3) при збільшенні температури. Практично в процесі конверсії метану удається (вдається) досягнути виходів близьких до рівноважних.

Розрізняють три різновидності (різновиди) каталітичної конверсії вуглеводнів: конверсія водяною парою, сумішшю водяної пари з диоксидом вуглецю і сумішшю водяної пари з киснем (паро-киснева конверсія).

В останньому випадку необхідне тепло реакції підводиться за рахунок часткового окислення метану і реакція стає автотермічною, що дозволяє знизити енерговитрати. Однак частіше всього паро-кисневу конверсію застосовують при використанні важких видів сировини, зокрема мазуту. [1, с.328]

Конверсію сумішшю водяної пари з диоксидом вуглецю в основному вибирають з метою одержання синтез-газу, призначеного для виробництва метанолу. В цьому випадку одержують газ із співвідношенням Н2:СО від 2 до 3; між тим при конверсії однією водяною парою це відношення значно більше. Добавка до вихідної суміші сировини диоксиду вуглецю дозволяє збільшити кількість СО і зменшити кількість водню, тобто змінювати Н2:СО в широких границях. Співвідношення диоксиду вуглецю до метану може досягати 0,3:1 і більше. Вміст СО і Н2 в газі можна також регулювати співвідношенням Н2О:СН4. [1, с.329]

Процес вигідно використовувати в тих випадках, коли СО2 використовують із інших виробництв (у випадку наявності відхідного диоксиду вуглецю), в іншому випадку капітальні затрати значно вищі ніж при високотемпературній паровій метану. [5, с.42]

На основі вищесказаного для розробки в курсовому проекті вибираю конверсію водяною парою, використовуючи характерні тенденції для сучасних установок.

Комбінування установки конверсії метану з установкою синтезу метанолу;

Високу ступінь регенерації тепла, що особливо зручні на установках, які працюють під високим тиском;

Можливість роботи установки на різних видах сировини. [1, с.330]

1.2 Фізико-хімічні властивості сировини, готової продукції, напівпродуктів.

Основною вуглеводневою сировиною для виробництва технологічних газів є природний газ.

Магістральні трубопроводи природного газу постачаються, як правило, із декількох родовищ, з різним вмістом сірки. Нормальна робота трубчастих печей конверсії метану під тиском 2-3 МПа може бути забезпечена при вмісті сполук сірки в природному газі біля 0,5 мг/м3. томі першою технологічною стадією є тонка очистка від сірки. [2, с.9]

Склад природного газу в об’ємних долях:

СН4 – 97,9; С2Н6 – 0,6; С3Н8 – 0,2; С4Н10 – 0,1; N2 – 0,8; СО2 – 0,4.

В таблиці 2 приведені деякі фізико-хімічні властивості основних компонентів вуглеводневих газів.

Таблиця 1. – Фізико-хімічні властивості основних компонентів вуглеводневих газів [2, с.11]

Компонент | Молекулярна маса | Густина кг/м3 | Мінімальна температура самозагорання в суміші з повітрям | Теплоємність кДж/(кг•к) | Теплотворна здатність кДж/м3

Вища | Нижча

Метан | 16,043 | 0,717