Опишите физико-химические свойства системы, положенной в основу получения смеси водорода и окиси углерода из природного газа. На основе анализа этих свойств проведите обоснование оптимального варианта технологического режима, необходимость применения катализатора и работы в 2 ступени

В связи с тем, что реакция конверсии метана с водяным паром сильно эндотермична, для ее осуществления требуется подвод тепла. В промышленности этот процесс проводится в трубчатых печах. В трубы пожаропрочной стали загружается никелевый катализатор, снаружи трубы обогреваются топочными газами. Такой метод конверсии нашел применение в тех случаях, когда требуется получить технический водород с минимальным содержанием азота. Процесс ведется при температуре 800? 82,50°С на выходе из слоя катализатора. К 1 м³ природного газа добавляют обычно 2?2,2,5 м3водяного пара. Остаточное содержание, метана в конвертированном газе составляет 1? 2%.

Преимущество этого метода заключается в том, что для обогрева труб могут быть использованы любые горючие газы, в том числе отходы производства. Недостатком этого метода являются большие капитальные затраты на сооружение установок и необходимость использования высококачественных легированных сталей.

В тех случаях, когда имеются дешевые источники тепла для обогрева реактора, получают методом двухступенчатой конверсии природного газа.

Равновесная концентрация конвертированного газа прямо пропорциональна температуре, давлению процесса и соотношению пар: углеводород в исходной конвертируемой смеси. Процесс можно проводить в одну стадию. Однако в ряде случаев его целесообразнее вести в две стадии (две ступени).

Для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо, т. е. в сторону получения водорода, применяется избыток водяного пара по сравнению со стехиометрическим соотношением. Кроме того, избыток пара предотвращает выделение элементарного углерода (сажи) и уменьшает процентное содержание метана в конвертированном газе.

Полную конверсию метана можно осуществить в одну стадию с образованием водорода и двуокиси углерода. При низкотемпературной конверсии в продуктах реакции остается значительное количество метана. При повышенных температурах газ содержит в большом количестве окись углерода. И в том и в другом случае для смещения равновесия реакции конверсии метана вправо требуется значительный избыток пара. Расход пара уменьшается при проведении конверсии метана в две стадии.