Сравнительный анализ: методы получения синтез-газа Заведующий кафедрой, д. х. н проф. Третьяков В. Ф. Руководитель, ст. преп. Антонюк С. Н. Дипломант, студент группы ХТ-406 Сысоев М. М. Москва, 2003 г. Содержание 1. Введение 2. Способы получения синтез-газа 3. Газификация угля 3.1 Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля 3.2 Взгляд на углепереработку сквозь десятилетия 3.3 Инженерные разработки за прошедшее столетие 3.4 Аппаратурно-техническое оформление процесса 4. Конверсия метана в синтез-газ 4.1 Термодинамика процесса 4.2 Кинетика углекислотной конверсии метана 4.3 Механизм конверсии смеси CH4 + CO4.4 Катализаторы углекислотной конверсии метана 4.5 Технология конверсии метана 5. Синтез Фишера-Тропша 5.1 Выбор катализаторов 6. Альтернативный способ получения синтез-газа 6.1 Термохимическая конверсия биомассы 6.2 Биотехнологическая конверсия биомассы 7. Продукты, получаемые на основе синтез-газа 8. Выводы 9. Используемая литература 1. Введение История знает немало примеров, когда в силу острой необходимости рождались новые оригинальные подходы к решению давно существующих жизненно важных проблем.
Так, в предвоенной Германии, лишенной доступа к нефтяным источникам, назревал жесткий дефицит топлива, необходимого для функционирования мощной военной техники.
Располагая значительными запасами ископаемого угля, Германия была вынуждена искать пути его превращения в жидкое топливо. Эта проблема была успешно решена усилиями превосходных химиков, из которых прежде всего следует упомянуть Франца Фишера, директора Института кайзера Вильгельма по изучению угля. В 1926 году была опубликована работа Ф. Фишера и Г. Тропша "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", в которой сообщалось, что при восстановлении водородом монооксида углерода при атмосферном давлении в присутствии различных катализаторов (железо - оксид цинка или кобальт - оксид хрома) при 270 оС получаются жидкие и даже твердые гомологи метана.
Так возник знаменитый синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода, называемый с тех пор синтезом Фишера-Тропша.
Смесь CO и H2 в различных соотношениях, называемая синтез-газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья.
Следует отметить, что к моменту разработки синтеза Фишера-Тропша существовал другой способ получения жидкого топлива - не из синтез-газа, а непосредственно из угля прямой гидрогенизацией. В этой области значительных успехов добился также немецкий химик Ф. Бергиус, который в 1911 году получил из угля бензин. Справедливости ради подчеркнем, что Синтез Фишера-Тропша возник не на пустом месте - к тому времени существовали научные предпосылки, которые базировались на достижениях органической химии и гетерогенного катализа.
Еще в 1902 году П. Сабатье и Ж. Сандеран впервые получили метан из СО и H2 . В 1908 году Е. Орлов открыл, что при пропускании монооксида углерода и водорода над катализатором, состоящим из никеля и палладия, нанесенных на уголь, образуется этилен. Промышленность искусственного жидкого топлива достигла наибольшего подъема в годы второй мировой войны. Достаточно сказать, что синтетическое топливо почти полностью покрывало потребности Германии в авиационном бензине.
После 1945 года в связи с бурным развитием нефтедобычи и падением цен на нефть отпала необходимость синтеза жидких топлив из СО и Н2 . Наступил нефтехимический бум. Однако в 1973 году разразился нефтяной кризис - нефтедобывающие страны ОПЕК (Организация стран - экспортеров нефти - Organization of Petroleum Exporting Countries) резко повысили цены на сырую нефть, и мировое сообщество вынуждено было осознать реальную угрозу истощения в обозримые сроки дешевых и доступных нефтяных ресурсов.
Энергетический шок 70-х годов возродил интерес ученых и промышленников к использованию альтернативного нефти сырья, и здесь первое место, бесспорно, принадлежит углю. Мировые запасы угля огромны, они, по различным оценкам, более чем в 50 раз превосходят нефтяные ресурсы, и их может хватить на сотни лет. Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез-газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив (здесь трудно пока конкурировать с нефтяным топливом), но, прежде всего для целей органического синтеза.
В настоящее время в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины только в Южной Африке. На установках фирмы "Sasol" производят около 5 млн. т. в год жидких углеводородов. Отражением интенсификации исследований по синтезам на основе СО и Н2 является резкое возрастание публикаций, посвященных химии одноуглеродных молекул (так называемая С1-химия). С 1984 года начал издаваться международный журнал "C1-Molecule Chemistry". Таким образом, мы являемся свидетелями наступающего ренессанса в истории углехимии.
Рассмотрим некоторые пути превращения синтез-газа, приводящие к получению как углеводородов, так и некоторых ценных кислородсодержащих соединений. Важнейшая роль в превращениях СО принадлежит гетерогенному и гомогенному катализу [1-3]. 2.
Однако в связи с сокращением нефтяных ресурсов значение процесса газиф... В качестве окислителей, которые иногда называют газифицирующими агента... Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром: C + H2O &#... 3.1 . В перспективе синтез-газ будут получать газификацией не только угля, н...
Это был "золотой век" газификации угля. 3.2 . Впервые промышленная реализация газификации твердых топлив была осущес... США за баррель (1 т сырой нефти сорта Brent ≈ 8,06 баррелей)... м3 газа в сутки каждый. Их годовая выработка составляла 140 млрд.
США за баррель в декабре 1998 г. С середины 1970-х годов энергоемкость единицы ВВП в развитых странах с... По достаточно авторитетным данным глобальную замену нефти углем следуе... Более десятка проектов были завершены на стадии 5-летней готовности, т... Суммарная мощность газогенераторных установок Таблица 1 Динамика потре...
• по давлению: при атмосферном давлении, при повышенном давлении. пылеугольного газогенератора с жидким шлакоудалением. Первый промышлен... 1. т в год моторного топлива. 4.1 .
Лишь при 900 °С и атмосферном давлении выход Н2 и СО приближается к 10... 11, с повышением температуры выход водорода и CO возрастает, достигая ... 12). В качестве примера на рис. Это позволяет интенсифицировать процесс путем увеличения давления без ...
Кинетика углекислотной конверсии метана.