Реакции метана и водяного газа

Образование метана

Метан образуется в результате разложения органических соединений. Кроме того, образование метана может происходить (в низкотемпературных зонах пламени) в результате взаимодействия водорода с СО, СO2, а также непосредственно с углеродом. В водяном газе (смесь СО, СO2, Н2 и Н2O), а также при сухой перегонке и коксовании угля концентрация метана при невысоких температурах может достигать нескольких процентов. Повышение давления и понижение температуры способствуют образованию метана.

Дегидрирование метана

Вследствие протекания процессов дегидрирования метан в пламени превращается в водород, этилен, ацетилен и зародыши (ядра) углеродистых частиц по следующей схеме:

Конверсия метана парами воды

А. Г. Лейбуш и М. А. Людковская, изучая кинетику реакции взаимодействия метана с водяным паром без применения катализаторов в интервале температур 700−1050°С, установили зависимость константы скорости суммарного процесса от температуры (в мин-1):

(1.88).

В присутствии никелевого катализатора эта зависимость описывается уравнением (в с-1):

(1.89).

В. С. Альтшулер и Г. А. Шафир выполнили опыты по исследованию реакции взаимодействия метана с водяным паром при 800−1200°С и давлениях до 4 МПа без применения катализатора. Установлено, что при температуре 1100- 1200 °C и давлении 2 МПа происходит значительная конверсия метана на нейтральной насадке. С повышением давления степень превращения метана растет. Исследуемая реакция имеет первый порядок по отношению к метану. Механизм низкотемпературной конверсии метана исследован в работе Н. В. Лаврова и И. Г. Петренко^[1]. Согласно их представлениям, основная цепь взаимодействия метана с парами воды протекает по следующей схеме:

Суммарная реакция:

Конверсия метана диоксидом углерода

В. С. Альтшулер и Г. А. Шафир^[2] изучили кинетику процесса конверсии метана диоксидом углерода при нормальном атмосферном и повышенном давлениях без катализаторов при температуре до 1100 °C. Экспериментальные данные показывают, что степень конверсии метана при различных температурах и давлениях практически не зависит от состава газа. По-видимому, данная реакция протекает по первому порядку, и зависимость скорости реакции от концентрации метана имеет линейный характер. При одной и той же температуре с увеличением давления скорость реакции и степень конверсии метана возрастают, причем зависимость между ними описывается почти прямой линией. Энергия активации при всех давлениях равна примерно 64,8 кДж/моль.

Исследование механизма реакции конверсии метана диоксидом углерода было выполнено И. Г. Петренко^[3]. В результате получены кинетические характеристики на различных катализаторах при температуре 750−1100°С и при изменении начального давления от 13,3 до 80 кПа. Результаты опытов позволили автору предложить приближенную схему механизма реакции:

Суммарная реакция:

Сопоставление результатов реагирования метана с водяным паром и диоксидом углерода показывает, что при одних и тех же условиях скорость конверсии метана диоксидом углерода больше скорости конверсии метана водяным паром.

• [1] Лавров II. В., Петренко И. Г. Механизм реакций конверсии метана парами воды // Доклады АН СССР. 1964. Т. 157. С. 1410 1420.
• [2] Альтшулер В. С., Шафир Г. А. Исследование кинетики процесса конверсии метана двуокисью углерода и разработка схемы получения технологических газов из природного газа при атмосферном и повышенном давлении без катализаторов // Отчет ИГИ АН СССР. М., 1962. С. 56.
• [3] Петренко И. Г. Исследование механизма реакций конверсии метана двуокисью углерода // Отчет ИГИ АН СССР. М., 1959;1960. С. 68.