Каталитическая конверсия оксида углерода

В газах каталитической конверсии углеводородов в зависимости от параметров процесса и сырья содержится 6-25% оксида углерода. В производствах, в которых СО не требуется, в частности в производстве водорода, проводится его конверсия в СО₂ водяным паром. При этом получается дополнительное количество водорода, эквивалентное содержанию в газе СО. Различают среднетемпературную (623-723 К) и низкотемпературную (453-523 К) конверсию.

В первом случае остаточное содержание СО составляет несколько процентов, во втором – доли процента. После адсорбции СО₂ оставшиеся в газе СО и СО₂ удаляют гидрированием на катализаторе при 523-723 К, при этом достигается глубокая очистка от кислородсодержащих соединений.

Во втором случае – для низкотемпературной конверсии – применяют в основном железохромовые катализаторы, активным элементом которых является Fе₃О₄. Добавка оксида хрома замедляет рост кристаллов. Железохромовый катализатор малочувствителен к отравлению сернистыми соединениями, но поглощенная им сера при взаимодействии с водородом образует сероводород, который может вызвать отравление катализатора.

Низкотемпературные катализаторы конверсии СО являются более активными и позволяют проводить конверсию при 453-523 К. Высокая активность обусловлена наличием в них металлической меди (20-50%). Содержащиеся также в катализаторе оксиды цинка и алюминия, а иногда и хрома, стабилизируют свойства активной меди, препятствуя ее спеканию.

Конвертированный газ после низкотемпературной конверсии СО и очистки от СО₂ имеет остаточное содержание СО – 0,2-0,8% и СО₂ – 0,01-0,5% в зависимости от способа очистки. Полная очистка от примесей СО и СО₂ проводится гидрированием их на катализаторе до образования метана и воды:

Недостатком этих катализаторов является образование летучих карбонилов никеля – высокотоксичных соединений.

Промышленный никельхромовый катализатор, применяемый для очистки от СО и СО₂, имеет следующие характеристики:

В промышленных условиях одновременно проводится гидрирование и оксида, и диоксида углерода. Гидрирование СО не зависит от концентрации СО₂ в смеси. Напротив, присутствие СО в газе препятствует гидрированию СО₂. Метанирование СО₂ практически прекращается, если концентрация СО в газе превышает 0,0002-0,0003м³/м³. Таким образом, если на стадии гидрирование подается смесь оксидов, то сначала гидрируется СО и после практически полного завершения реакции начинает гидрироваться СО₂.

Для получения чистого водорода газовая смесь должна быть очищена от диоксида углерода. Для этого применяют абсорбционные и реже адсорбционные способы очистки:

- водную очистку под давлением;

- поглощение СО₂ водными и другими растворами этаноламинов;

- физическую адсорбцию органическими растворителями при комнатной и низкой температуре;

- очистку горячими растворами карбонатов;

- адсорбцию с десорбцией путем сброса давления.

Основной недостаток водной очистки – большой расход электроэнергии вследствие невысокой растворимости СО₂ в воде. Кроме того, после водяной отмывки требуется доочистка газа другими способами, например раствором щелочи.

В настоящее время широкое распространение получили процессы, основанные на хемосорбции едким кали или моноэтаноламином. Их принципиальный недостаток в том, что расход тепла на 1 м³ очищаемого газа значительно увеличивается с повышением концентрации СО₂ в исходном газе. Поэтому на некоторых установках для адсорбции СО₂ применяют органические растворители. В качестве растворителей используют пропиленкарбонат ("Флюор-процесс"), N-метилпирролидон ("пуризол"), диметиловый эфир ("селексол"), метанол ("ректизол").

Все эти способы с успехом могут применяться для очистки газов от СО₂. Но в связи с технологическими особенностями установок паровой конверсии в трубчатых печах и из экономических соображений наиболее широкое распространение в последние 10-15 лет получили процессы очистки от СО₂ растворами моноэтаноламина и едкого кали.

Дата добавления: 2014-01-20