90. Изложите технологию производства синтез-газа из природного газа.

Метан природного и попутного нефтяного газов является важным сырьем для химической промышленности. Конверсией метана получают синтез-газ, а на его основе – метанол и синтетический бензин:

СН4 + Н2О   СО + 3Н2

СО + 2Н2   СН3ОН

nСО + (2n + 1)Н2   СnН2n+2 + nН2О

Из метана получают ацетилен, водород, сажу, галогенопроизводные:

2СН4   C2Н2 + 3Н2

СН4   С + 2Н2

СН4 + CI2   CH3CI + НCI

Гомологи метана, содержащиеся в природном и, главным образом, в попутном нефтяном газах, после разделения на индивидуальные углеводороды идут на получение алкенов и далее полимеров. Пропан-бутановая фракция в сжиженном виде используется как бытовое топливо и топливо для карбюраторных двигателей автомобилей. Газовый бензин, получаемый из попутного газа, также является основой низкосортных бензинов.

2. Аппаратурное оформление процесса высокотемпературной конверсии углеводородов

Высокотемпературная конверсия углеводородов отличается высокой температурой (1350 – 14500С) и отсутствием катализаторов. Процесс состоит в неполном термическом окислении метана или жидких фракций нефти, причем главной первичной реакцией в случае СН4 является окисление его в смесь СО, Н2О и Н2:

СН4 + О2 → СО + Н2О + Н2

В небольшом количестве образуются также СО2 и за счет реакций пиролиза углеводороды С3 и С2, в том числе ацетилен. В заключительной стадии процесса водяной пар консервирует оставшиеся углеводороды до СО и Н2, причем устанавливается равновесие между оксидами углерода, которое при высокой температуре сильно смещено в пользу СО. Видимо, при разложении ацетилена выделяется углерод (сажа), также способный к конверсии водяным паром (С + Н2О ↔ СО + Н2). Выход сажи особенно значителен при высокотемпературной конверсии жидких углеводородов, и для его снижения в этом случае добавляют к исходному сырью водяной пар. Суммарные уравнения реакций при высокотемпературной конверсии метана и жидких углеводородов таковы:

СН4 + 0,5О2 → СО + 2Н2 

CnH2n+2 + 0,5nO2 → nCO + (n+1)H2

Следовательно, соотношение Н2 и СО в зависимости от исходного сырья может меняться от 2:1 до 1:1. Кроме того, в газе находятся 2 – 3 % (об.) СО2, 0,3 – 0,5 % (об.) СН4 и до 1 % (об.) N2 и Ar.

Высокотемпературную конверсию углеводородов проводят при давлении от 2 – 3 до 10 – 14 МПа.

Конвертор для этого процесса подобен изображенному на рис. 1, за исключением того, что в нем нет ни катализатора, ни свода, на который его укладывают.

Рис. 1 Шахтная печь окислительной конверсии

Это – пустотелый аппарат, рассчитанный на высокое давление. Конвертор имеет внутреннюю изоляцию и водяную рубашку, предохраняющую корпус от действия высоких температур, а также смеситель углеводорода и кислорода, обеспечивающий быструю гомогенизацию смеси во взрывобезопасных условиях. Достоинствами процесса являются его высокая интенсивность, простота конструкции конвертора, отсутствие катализатора и нетребовательность к качеству исходного сырья. Это обуславливает все более широкое распространение высокотемпературной конверсии особенно для жидких углеводородов (вплоть до мазута и сырой нефти), которую оформляют в виде энерготехнологических схем с агрегатами большой единичной мощности.