Двухступенчатая организация конверсии монооксида углерода. Конверсия монооксида углерода: реакции и равновесие процесса.

 

Двухступенчатая организация конверсии монооксида углерода. Конверсия монооксида углерода: реакции и равновесие процесса.

 

Газ после II ступени конверсии СН₄ имеет след состав, %об в пересчете на сухой газ:

СН₄-<0,5;СО-10-13;СО₂-6,5-8,5;Н₂ – 56-60;N₂ – 20-23.

Дальнейшей технологической стадией явл-ся конверсия СО водяным паром по р-ции:

СО + Н₂О↔ СО₂+ Н₂,DН = -41кДж (1)

Выражение для константы равновесия этой р-ции следующее:

(2)

Значения константы равновесия при разных t – рах м.б. вычислены из эмпирического уравнения (7). Значения константы равновесия, вычисленные при 200-500⁰С равны:

Температура, 0С
К		39,2	11,7	4,88

Т.о., с понижением t – ры равновесие экзотермической р-ции (1) смещается вправо, т.е. в сторону образования СО₂и Н₂. отсюда следует, что при разработке технологического процесса необходимо стремиться к реализации низкотемпературной конверсии СО. Р-ция (1) протекает без изменения объема, поэтому повышение давления не вызывает смещения равновесия. Несмотря на это применение повышенного давления дает след преимущества:

1. Увеличивается скорость р-ции и, как следствие, уменьшаются размеры аппаратов.

Степень конверсии СО повышается в условиях избытка пара, поэтому на практике поддерживают 3-х-5-ти кратный избыток пара по сравнению с его стехиометрическим кол-вом. Специально пар не вводят. В пр-се участвует пар, остающийся после конверсии природного газа. Соотношение пар: газ составляет 0,4-0,7. реакция конверсии СО водяным паром имеет достаточную скорость лишь в присутствии катализаторов. Проведение экзотермических процессов на большом единственном слое катализатора без отвода тепла невыгодно ввиду повышения температуры в контактной зоне и смещение равновесия р-ции в противоположную сторону. В современных схемах, работающих под давлением 2-3 МПа каталитическую конверсию СО проводят в 2-е ступени. В первой ступени на среднетемпературном катализаторе (СТК) реагирует большая часть СО, а t –ра повышается от 330-380 ⁰С на входе в аппарат до 390-440 ⁰С на выходе из него. Содержание СО в газе после I ступени составляет не более 3% об. Тепло р-ции утилизируется в котле-утилизаторе 16 (си схему) и подогревателе неочищенной АВС (17). Во II ст на НТК продолжается превращение СО почти до равновесных остаточных конц-ций. Темп-ра газа на входе в реактор II ступени равна 220-240 ⁰С. Темп-ра на входе ограничена точкой росы, к-рая в условиях повышенных давлений пр-са = 180-190 ⁰С. Поскольку во II ступени превращается меньшее кол-во СО, чем в I ступени t – ра в слое НТК повышается на 10-15 ⁰С. Содержание СО в газе после II ступени не более 0,65% об.