23. Катализ в синтезе Фишера-Тропша. (про конец я не знаю надо это или нет)

Процесс Фишера – Тропша — это химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород H₂ преобразуются в различные жидкие углеводороды. Принципиальное значение этого процесса — это производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива. (Википедия).

nCO + 2nH₂ ® C_nH_2n +nH₂O

C_nH_2n + H₂ ® C_nH_2n+2

Катализаторы

Ni-Mn-Al₂O₃ на кизельгуре или сплав Ni-Si-Mn

175-215 °С, 0,1-1,5 МПа

2nCO + nH₂ ® C_nH_2n + nCO₂

C_nH_2n + H₂ ® C_nH_2n+2

Катализаторы

Fe-ZnO на доломите или кизельгуре

220-250 °С, 0,5-1 МПа

Получение исходного синтез-газа для осуществления синтеза Фишера-Тропша – газификация твердого топлива

Газификация — высокотемпературный процесс взаимодействия углерода топлива с окислителями, проводимый с целью получения горючих газов (Н₂, СО, СН₄). В качестве окислителей (газифицируюх агентов) используют кислород (или обогащенный им воздух), водяной пар, диоксид углерода либо смеси указанных веществ.

Классификация методов газификации:

1. По виду дутья (газифицирующего агента): воздушное, воздушно-кислородное, паровоздушное, парокислородное.

2. По давлению: при атмосферном давлении, при повышенном давлении.

3. По размеру частиц топлива: газификация крупнозернистого (кускового), мелкозернистого и пылевидного топлива.

4. 4. По конструктивным особенностям реакционной зоны: в неподвижном плотном слое топлива, в псевдоожиженном слое топлива, в пылеугольном факеле.

5. 5. По способу выведения золы: в твердом виде, в виде жидкого шлака.

6. 6. По способу подвода тепла: при частичном сжигании топлива в газогенераторе, при смешении топлива с предварительно нагретым твердым, жидким или газообразным теплоносителем.

Идеальные генераторные газы

1. Воздушный газ

2С + О₂ + nN₂ = 2СО + nN₂ + 218,8 кДж (1) (n = 79/21)

2. Водяной газ

C + H₂O = CO + H₂ – 131,4 кДж (2)

3. Полуводяной газ получают на паровоздушном дутье. Одновременно протекают обе реакции. Все тепло, выделяющееся по реакции воздушной конверсии, должно расходоваться на эндотермическую реакцию паровой конверсии.

3.65С + О₂ + 3,76N₂ + 1,65H₂O ® 3,65CO + 1,65H₂ + 3,76N₂

4. Оксиводяной газ можно получить на парокислородном дутье при том же условии, что и полуводяной. Отличительная особенность оксиводяного газа — отсутствие балласта (азота).

Побочные реакции

С + О₂ = СО₂ + 393,.5 кДж

С + СО₂ = СО - 172,5 кДж

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂ + 41,1 кДж

С + 2Н₂ = СН₄ – 74,8 кДж

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂О + 206,2 кДж

СО + Н₂ = 0,5СН₄ + 0,5СО₂ + 123,8 кДж

Р еальный генераторный газ имеет в своем составе горючие компоненты (Н₂, СО, СН₄), а также СО₂, Н₂О, азот, некоторое количество высших углеводородов. Из-за наличия в топливе атомов серы и азота возможно также образование сероводорода и аммиака.

Коэффициент полезного действия газификации

где Q_г – теплота сгорания 1 куб.м (при н.у.) генераторного газа

V_г – объем генераторного газа (при н.у.), полученного из 1 кг твердого топлива

Q_т – теплота сгорания 1 кг твердого топлива .

Каталитическая газификация

Катализаторы, ускоряющие взаимодействие углерода с газифицирующими агентами:

- хлориды и карбонаты натрия или калия;

• оксиды кальция, железа, магния, цинка;

• металлические железо, кобальт, никель

Добавки 10—20% карбонатов щелочных или щелочноземельных металлов позволяют понизить оптимальные температуру и давление паровой газификации угля с 980—1040°С и ~7 МПа соответственно до 650—760°С и ~3,5 МПа.

M₂CO₃ + 2C ® 2M + 3 CO

2M + 2H₂O ® 2MOH + H₂

2MOH +C ® 2M + CO + H₂O

2MOH + CO ® M₂CO₃ + H₂

_{_-------------------------------------------------------------}

C + H₂O ® CO + H₂

Получение жидких углеводородов каталитической гидрогенизацией угля

Основные направления совершенствования процессов каталитической гидрогенизации угля:

1. подбор эффективных и доступных каталитических систем и способов их применения, обеспечивающих снижение давления процесса гидрогенизации и увеличение выхода легкокипящих жидких фракций;

2. использование методов активации катализаторов и модификации угля с целью повышения выхода жидких продуктов;

3. интенсификация процесса гидрогенизации угля путем его совместной переработки с другими видами органического сырья;