Лекция 11, Устюгов А.В

1.

ДИСЦИПЛИНА Общая химическая технология
(полное наименование дисциплины без сокращений)
ИНСТИТУТ Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова
КАФЕДРА Кафедра физической химии имени Я.К. Сыркина
полное наименование кафедры
ВИД УЧЕБНОГО Лекция
МАТЕРИАЛА (в соответствии с пп.1-11)
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ Устюгов Александр Викторович
(фамилия, имя, отчество)
СЕМЕСТР Весенний семестр, 2025-2026 учебный год
(указать семестр обучения, учебный год)

2. Лекция 11 Конверсия метана в технологические газы

В ряду многотоннажных производств:
1. Синтез аммиака: N2 + 3H2 = 2NH3
2. Синтез метанола: СО + 2Н2 = СН3ОН
3. Получение альдегидов: RCH=CH2 + CO + H2 = RCH2CH2CHO
4. Синтез Фишера-Тропша: СО + H2 → CnH2n+2 + CnH2n + CmH2m+1OH
в качестве сырья используют так называемые технологические
газы, содержащие в своем составе водород.

3. Методы получения водорода

Общим компонентом технологических газов является водород.
Водород можно получать из воды и природных углеводородов.
1. Очень чистый водород может быть получен электролизом воды:
2Н2О = О2 + 2Н2
Способ требует большого расхода электроэнергии.
2. Конверсия угля:
С + 2Н2О = СО2 + 2Н2
С + Н2О = СО + Н2
3. Реакции окисления метана и его гомологов, а также непредельных углеводородов
для случая взаимодействия с водяным паром могут быть в общем виде выражены
уравнением:
(2n+m)
СnHm + nH2O = nCO +
H2
2

4. Виды конверсии метана

Паровая конверсия – окислитель водяной пар (паровой риформинг):
СН4 + Н2О (пар) ↔ СО + 3Н2 (ΔН = + 206,4 кДж)
Углекислотная конверсия – окислитель диоксид углерода:
СН4 + СО2 ↔ 2СО + 2Н2 (ΔН = + 248,4 кДж)
Кислородная конверсия – окислитель кислород (кислородный риформинг):
СН4 + 0,5О2 → СО + 2Н2 (ΔН = - 35,6 кДж)
Паровая конверсия монооксида углерода:
СО + Н2О (пар) ↔ СО2 + Н2 (ΔН = - 41,3 кДж)

5. Подготовка природного газа к процессу конверсии

Первым этапом любого варианта конверсии метана является удаление из него сернистых
соединений, которые являются каталитическими ядами для большинства используемых катализаторов и
действуют необратимо.
Очистку природного газа проводят в два этапа:
1.
Гидрирование
меркаптанов
в
сероводород
на
алюмокобальтмолибденовом
или
алюмоникельмолибденовом катализаторе при температуре 350 - 400 °С и давлении 2 - 4 МПа:
С2Н5SH + H2 = H2S + C2H6
CS2 + 4H2 = 2H2S + CH4
2. Поглощение сероводорода, содержащегося в природном газе и образовавшемся на этапе
гидрирования, адсорбентом на основе оксида цинка при температуре 390 - 400 °С:
ZnO + H2S = ZnS + H2O
Отработанный адсорбент регенерируют с получением свободного сероводорода,
используемого для производства газовой серы.
Содержание серы в очищенном природном газе не должно превышать 1 мг/м3.

6. Конверсия метана с получением азотоводородной смеси для синтеза аммиака

Окисление метана в данном варианте конверсии протекает по следующим основным
суммарным реакциям:
СН4 + Н2О (пар) ↔ СО + 3Н2 (1) (ΔН = + 206,4 кДж)
СН4 + 0,5О2 → СО + 2Н2 (2) (ΔН = - 35,6 кДж)
Одновременно протекает реакция (3):
СО + Н2О (пар) ↔ СО2 + Н2 (3) (ΔН = - 41,3 кДж)
Реакции (1) и (3) проводят в различных аппаратах, что связано с противоположными по знаку тепловыми
эффектами указанных стадий. Если для реакции (1) желательна высокая температура (реакция
эндотермическая), то для обратимой реакции (3) оптимальной с позиции химического равновесия будет
сравнительно низкая температура. В целях оптимизации процесс конверсии метана для получения
азотоводородной смеси проводится в три этапа.

7. Паровая конверсия метана

Термодинамика процесса
СН4 + Н2О (пар) ↔ СО + 3Н2 ΔН°>0; ΔS°>0
Реакция обратима в широком интервале температур, эндотермическая, протекающая с увеличением числа
молей газообразных веществ.