Получение водорода из природного газа.

[stearan]

В 10.01.2022 в 11:48, практик сказал:

Для получения водорода из метана

получение водорода (или синтез-газа, главной по содержанию составляющей которого является водород) из природного газа (метана) - это "большая" крупнотоннажная технология, известная десятки лет и своего рода доведенная до совершенства в настоящее время.
1-я ступень процесса в любом случае ведется в системе трубчатых реакторов заполненных катализатором (на основе никеля) которые обогреваются прямо снаружи пламенем газовых горелок. в трубах идет реакция СН4 + Н2О = СО + 3Н2; условия: Т порядка  850°С, Р порядка 30 атм. пар дается в избытке, но конверсия по этой реакции и так не бывает полной.
2-я - в зависимости от того, какой синтез-газ (для какого синтеза) нужен. либо вторичная конверсия с "выжиганием" остатков метана воздухом - это если требуется "аммиачный" синтез-газ. если требуется СО+Н2 ("метанольный" син-газ) или чистый Н2, то остатки метана дожигают (до СО) кислородом.
3-я стадия - если нужен чистый Н2 - "конверсия СО" по реакции СО + Н2О = СО2 + Н2, и та сама по себе идет в два этапа, при последовательном понижении Т и на других катализаторах (обычно на основе меди). 
4 напоследок убирают СО2, в пром.масштабе в абсорбционно-десорбционном каскаде, рабочая жуткость - диметиламиноэтанол (с секретными надбавками, эти у каждого лицензора свои).

если нужен супер-пупер чистый Н2, то дочищают на установке PSА.

Изменено 17 Января, 2022 в 19:04 пользователем stearan

[практик]

17.01.2022 в 21:30, stearan сказал:

в трубах идет реакция СН4 + Н2О = СО + 3Н2; условия: Т порядка  850°С, Р порядка 30 атм

Когда начинал заниматься порошками, не думал что все так сложно, и нужно залазить в такие дебри !

В условиях этой реакции мне непонятно, зачем повышенное давление, если из 2 молей получаем 4 моля, то увеличение давления наоборот должно смещать реакцию в сторону образования метана ?

Изменено 1 Февраля, 2022 в 19:22 пользователем практик

[stearan]

52 минуты назад, практик сказал:

мне непонятно, зачем повышенное давление, если из 2 молей получаем 4 моля, то увеличение давления наоборот должно смещать реакцию в сторону образования метана ?

хороший вопрос, позволяет ощутить разницу между "школьной" теорией и большой технологией
реакция равновесная. в промышленном масштабе её ведут при значительном избытке пара, оптимальное мольное соотношение примерно 3:1, так что "вред" от увеличения числа молей не столь страшен, сколь полезен избыток пара для сдвига равновесия в сторону продуктов. но самый главный фактор - многократное увеличение производительности реактора за счет повышения плотности реагирующей смеси при повышенном давлении.

Изменено 1 Февраля, 2022 в 20:14 пользователем stearan

[практик]

Теоретически очень заманчивая реакция, но я уже столько обжигался на не соответствии теоретических расчетов и практических результатов, что страшновато опять облом получить, тем более что кроме этой реакции будет участие и других. Вот посмотрите что получается в теории :

СН4+Н2О=СО+3Н2                  Все реакции 700-800*С 

3FeO+3Н2=3Fe+3Н2О

Если сложить эти реакции то получится :

СН4+Н20+3FeО+3Н2=СО+3Н2+3Fe+3Н2О

Сокращая в левой и правой частях уравнения получим:

СН4+3FeО=СО+3Fe+2Н2О

Понятно, что это все очень упрощенно : и метан с разными примесями, и СО будет работать так же как и водород окисляясь до СО2, и железо в разных степенях окисления и составах будет,и выход всех компонентов не 100% будет, но получается и воду подавать в реактор не нужно, она там сама образуется ?

Вот такая задумка. Укажите на неправильности и косяки, пока делать все в металле не начал !!!)