Страница 123 из 176
и паровой риформинг
СН4 + Н2O = СО + 3Н2 + 54,56 ккал/моль (реакция 3)
Реакции (2) и (3) могут протекать в термическом и термокаталитическом режимах. Как правило, термокаталитические процессы дают более качественный конечный продукт с меньшим числом таких побочных продуктов, как вода и диоксид углерода.
В каждой из этих реакций образуется СO2, который вступает в реакцию с мета-
СН4 + СO2 = 2СО + 2Н2 + 62,05 ккал/моль (реакция 4)
Этот процесс, с одной стороны, позволяет использовать избыток СO2, образующийся в других технологических процессах, и, с другой стороны, служит рычагом управления составом синтез-газа, получаемого при реакциях (2) и (3).
Для производства ценных продуктов на следующих стадиях необходим синтез-газ с соотношением оксида углерода и водорода, равным приблизительно 1:2, и минимальным количеством балластных газов (СО2, азота и др.).
СИНТЕЗ ФИШЕРА-ТРОПША
Синтез Фишера-Тропша можно рассматривать как восстановительную олигомеризацию моноксида углерода в результате сложной комбинации реакций, которая в брутто-форме имеет следующий вид:
nСО + (2n + 1)Н2 = СnН2n + 2 + nН2O; (реакция 5)
2nCO + nН2 = СnН2n + nСO2
Состав конечных продуктов зависит от катализатора, температуры и соотношения СО и Н2.
На металлоокисном катализаторе получают метанол с примесью этанола и диметилового эфира. Это основной процесс получения метанола в мире, обычная мощность метанольных заводов составляет около 0,5 млн. т в год (Новомосковское ПО «АЗОТ»; кобальтовый катализатор). Для производства моторных топлив метанол перерабатывается в диметиловый эфир и далее в смесь разветвленных предельных углеводородов (процесс Mobil GTG в Мауи, Новая Зеландия; кобальтовый катализатор).
На кобальтово-цинковых катализаторах, обладающих гидрирующей активностью, получают смесь линейных алканов (процесс AGC-211 в Бинтулу, Малайзия).
На железном катализаторе получают смесь линейных и разветвленных алканов и алкенов (перспективный процесс Рентех).
На кобальтовых или родиевых катализаторах при давлении выше 10 МПа и температуре в диапазоне 140–180 °C алкены взаимодействуют с синтез-газом и превращаются в альдегиды — важнейшие полупродукты в производстве спиртов, карбоновых кислот, аминов, многоатомных спиртов и др. Мировое производство альдегидов по такой технологии (оксо-синтез) достигает 7 млн т в год.
Одно из важных современных направлений научного поиска в области синтеза Фишера-Тропша состоит в получении кислородсодержащих продуктов. Введение таких соединений в количестве 1 % в дизельное топливо снижает содержание сажи в продуктах сгорания на 4-10 %.
Обратите внимание, что все необходимые газы для этого синтеза, как исходный метан, так и основные компоненты синтез-газа, содержатся в пиролизном газе. И даже соотношение их подходит. Собственно говоря, во время войны, в Германии, синтез-газ и получали пиролизом древесины и угля, поскольку в конце войны Германия была отрезана от источников нефти и природного газа. Ну, уголь, не уголь, а куски древесины, опилки, сучья, обрезки кустарника, являются составной частью отходов многих домашних хозяйств и мичуринский участков. Топить ими неудобно, их в основном сжигают. Бумажные отходы и упаковочный картон тоже не повредят, поскольку изготовляются из древесины. Пойдут в дело все отходы, содержащие ткани из природных волокон, например хлопчатобумажных. С прочими отходами, в том числе и пищевыми, по-видимому, следует поэкспериментировать, добавляя их в той или иной пропорции к древесным отходам. Сомнения вызывают только пластмассы, поскольку трудно предсказать какие компоненты они могут добавить в состав пиролизного газа. Для пиролиза мусора и получения пиролизного газа потребуется кое-какой агрегат, газогенератор.
www.cultinfо. ru
Газогенератор, аппарат для термической переработки твёрдых и жидких топлив в горючие газы, осуществляемой в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в Г. газы называются генераторными[51]. Горение твёрдого топлива в Г. в отличие от любой топки осуществляется в большом слое и характеризуется поступлением количества воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива (например, при работе на паровоздушном дутье в Г. подаётся 33–35 % воздуха от теоретически необходимого). Образующиеся в Г. газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетического разложения топлива (угарный газ, водород, метан, углерод). В генераторные газы переходит также азот воздуха. Процесс, происходящий в Г., называется газификацией топлива.
Рис. 1. Схема прямого процесса образования газа в газогенераторе.
Г. обычно представляет собой шахту, внутренние стенки которой выложены огнеупорным материалом. Сверху этой шахты загружается топливо, а снизу подаётся дутьё. Слой топлива поддерживается колосниковой решёткой. Процессы образования газов в слое топлива Г. показаны на рис. 1. Подаваемое в Г. дутьё вначале проходит через зону золы и шлака О, где оно немного подогревается, а далее поступает в раскалённый слой топлива (окислительная зона, или зона горения 1), где кислород дутья вступает в реакцию с горючими элементами топлива. Образовавшиеся продукты горения, поднимаясь вверх по Г. и встречаясь с раскалённым топливом (зона газификации II), восстанавливаются до окиси углерода и водорода. При дальнейшем движении вверх сильно нагретых продуктов восстановления происходит термическое разложение топлива (зона разложения топлива III) и продукты восстановления обогащаются продуктами разложения (газами, смоляными и водяными парами). В результате разложения топлива образуются вначале полукокс, а затем и кокс, на поверхности которых при их опускании вниз происходит восстановление продуктов горения (зона II). При опускании ещё ниже происходит горение кокса (зона 1). В верхней части Г. происходит сушка топлива теплом поднимающихся газов и паров.
В зависимости от того, в каком виде подаётся в Г. кислород дутья, состав генераторных газов изменяется. При подаче в Г. одного воздушного дутья получается воздушный газ, теплота горения которого в зависимости от перерабатываемого топлива колеблется от 3,8 до 4,5 Мдж/м3 (900—1080 ккал/м3). Применяя дутьё, обогащенное кислородом, получают т. н. парокислородный газ (содержащий меньшее количество азота, чем воздушный газ), теплота горения которого может быть доведена до 5–8,8 Мдж (м3 (1200–2100 ккал/м3).
При работе Г. на воздухе с умеренной добавкой к нему водяных паров получается смешанный газ, теплота сгорания которого (в зависимости от исходного топлива) колеблется от 5 до 6,7 Мдж/м3 (1200–1600 ккал/м3). И, наконец, при подаче в раскалённый слой топлива Г. водяного пара получают водяной газ с теплотой сгорания от 10 до 13,4 Мдж/м3 (2400–3200 ккал/м3.
Несмотря на то, что идея Г. была выдвинута в конце 30-х гг. 19 в. в Германии (Бишофом в 1839 и Эбельманом в 1840), их промышленное применение началось после того, как Ф. Сименсом (1861) был предложен регенеративный принцип отопления заводских печей, позволивший эффективно применять генераторный газ. Изобретателями первого промышленного Г. были братья Ф. и В. Сименс. Их конструкция Г. получила повсеместное распространение и просуществовала в течение 40–50 лет. Только в начале 20 в. появились более совершенные конструкции.