Конверсия (химия)

Конве́рсия (от Шаблон:Lang-la — превращение, изменение) — процесс переработки газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и оксид углерода (II) с целью получения водорода или его смесей с СО. Эти смеси используют для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или перерабатываются для получения чистого водорода.

Конверсия некоторых веществ

Конверсия метана

Существует три метода окислительной конверсии метана:

• паровая конверсия

• парциальное окисление метана кислородом воздуха
• углекислотная конверсия.

Количественный состав образующегося синтез- газа различен. Для синтеза аммиака требуется синтез-газ состава окись углерода и водород в соотношении 1:3, что обеспечивает паровая конверсия. Для синтеза метанола требуется синтез-газ состава 1:2, что обеспечивает парциальное окисление метана кислородом воздуха. Для получения диметилового эфира требуется синтез- газ состава 1:1, что обеспечивает углекислотная конверсия.

Паровая конверсия

Шаблон:MainВ промышленности используется практически только метод паровой конверсии, дающий на выходе больше всего водорода. Это один из способов производства водорода в промышленных масштабах. Получающийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:3 , обеспечивает дальнейший синтез аммиака. Упрощенно реакцию паровой конверсии можно представить так:

$𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\rightleftarrows }𝖢𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟥}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Реакция идет на никелевом катализаторе при высокой температуре (700—900°С).

Конверсию проводят в трубчатых печах с внешним обогревом.

Парциальное окисление кислородом воздуха

Упрощенно реакцию процесса парциального окисления метана кислородом воздуха можно представить так:

$𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}/\mathrm{𝟤}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\rightleftarrows }𝖢𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Возможен технологический процесс без катализатора, но при повышенной температуре (1100—1300 °С). Образующийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:2, в дальнейшем используется для синтеза метанола

Возможен технологический процесс с катализатором, так доказана большая эффективность никелевого блочного катализатора по сравнению с платиновым.

Углекислотная конверсия

На стадии исследования на уровне лабораторных и пилотных испытаний находится процесс углекислотной конверсии, основанный на реакции:

$𝖢{𝖧}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathrm{𝟤}𝖢𝖮\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Образующийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:1, в дальнейшем используется для синтеза диметилового эфира. Реакция идет при 700—800 °С на многих никелевых и платиновых катализаторах, что и являлось целью исследований.

Конверсия окиси углерода

Конверсию окиси углерода применяют, в основном, для производства водорода. Синтез газ, полученный паровой конверсией метана, содержит окись углерода. Окись углерода конверсируют на железо-окисном ($𝖥{𝖾}_{\mathrm{𝟥}}{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}$) катализаторе с различными добавками при температуре 400—450 °С, при невысоком или повышенном давлении с подачей большого избытка водяного пара (паровая конверсия СО):

$𝖢𝖮\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\rightleftarrows }𝖢{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}$

Были также проведены исследования с применением двухступенчатой схемы для снижения температуры до 250°С и усовершенствованию катализатора. Так, на первой ступени использовался высокотемпературный железо-хромовый катализатор, на второй — низкотемпературный катализатор, активным компонентом которого является медь.