Парциальное окисление метана кислородом в синтез-газ

Основные сведения

Первые работы по окислительной кислородной конверсии метана появились еще в 1930;х годах [20]. Преттр с соавт. [21] использовал для реакции кислородной конверсии метана никелевые катализаторы, нанесенные на огнеупорный материал. В трубчатом реакторе при атмосферном давлении и при 750−900°С они наблюдали разные реакции в разных слоях катализатора: экзотермическую реакцию глубокого окисления метана.

в первом слое катализатора и эндотермические реакции (2.3) и (2.4) в последующих слоях. В результате получалась смесь СН₄ + СО + СО2 + + Н₂, соответствующая термодинамическим предсказаниям. При стехиометрическом соотношении СН₄:0₂=2:1 катализатор закоксовывался.

После этого в течение более 40 лет кислородная конверсия метана почти не изучалась. В конце 1980;х годов работы были возобновлены и сейчас продолжаются нарастающими темпами. Число публикуемых работ по кислородной конверсии уже превосходит число работ по окислительной конденсации метана. Недавно был введен в строй первый промышленный процесс получения синтез-газа, основанный на реакции (2.2).

Если процесс протекает до термодинамического равновесия при атмосферном давлении, температура в пилотных реакторах превышает 750 °C. На практике чаще применяют повышенные давления. При 3 МПа в реакторах без пара достигается температура свыше 1000 °C.

Введение

пара увеличивает конверсию СН₄ и снижает температуру. При 3 МПа и Н₂0/СН₄ = 3 температура достижения 90%-ной конверсии может быть снижена до 950 °C [3]. Высокие объемные скорости (около 10 000 ч^_|) обеспечивают хорошее смешение и минимальное влияние массопереноса. Для тех же целей применяют флюидный слой и сотовые реакторы.

По оценкам [22], себестоимость получения синтез-газа парциальным окислением метана примерно в полтора раза ниже паровой конверсии метана. Недостатки метода: 1) высокая стоимость кислорода, составляющая около 50% общей стоимости получения синтез-газа; 2) взрывоопасность; 3) возможность разрушения катализатора за счет локальных перегревов; 4) возможность образования углерода за счет газофазных реакций [3].