Проведите сравнительный анализ методов получения синтез-газа из различного сырья

Нужно отметить, что только небольшая часть природного газа (около 5%) используется для квалифицированной переработки в химические продукты. Основная часть природного газа потребляется в качестве энергоносителя. В химической промышленности основное количество метана используется для получения синтез — газа.

СН4 + Н2О > СО + 3Н2.

СН4 + СО2 > 2СО + 2Н2.

СН4 + ½О2 > СО + 2Н2.

Последний в свою очередь используется для получения таких крупнотоннажных продуктов основного органического синтеза как метанол, уксусная кислота, продукты оксосинтеза.

Метан также используется для получения ацетилена, хлорметанов (СН3Сl, CH2Cl2, CHCl3), сажи.

Новое потенциальное промышленное использование метана — окислительная димеризация с образованием этана и этилена. Занимаются также разработкой таких процессов как получение метанола и формальдегида непосредственно из метана (не через синтез — газ).

Другой альтернативный источник углерода — каменный уголь. По самым скромным прогнозам его хватит на 1300 лет, тогда как запасы нефти и газа могут исчерпаться уже через 50−70 лет (может быть этот период окажется чуть больше с учетом вновь открываемых месторождений)3. В случае использования угля в качестве основного сырья для получения химических продуктов встает проблема получения водорода.

Еще один перспективный источник углерода — биомасса, объемы которой год от года растут.

Изменение сырьевой базы химической промышленности вызвано не только потребностью в использовании более дешевого и доступного необходимостью снижения энергозатрат за счет уменьшения числа стадий синтеза, повышения селективности процессов (экономия на стадиях разделения и на стоимости сырья, уменьшение расходов на утилизацию побочных продуктов), смягчения условий осуществления реакций (экономия энергии на теплообмен и компрессию).

На сегодняшний день при создании новых технологий получения продуктов основного органического синтеза все большее внимание уделяется экологической безопасности процессов. Создание малоотходных технологий, комплексная переработка отходов, защита окружающей среды — вот основные требования, предъявляемые к новым технологиям. Качество технологии любого химического процесса с точки зрения расхода сырья и воздействия на природу характеризуется количеством отходов в килограммах на 1 кг целевого продукта — экологическим фактором Шелдона5. Этот фактор учитывает не только степень селективности процессов, обусловленную протеканием побочных реакций, но и природу самих реакций.

В настоящее время существуют три основных промышленных метода получения синтез-газа[9].

1. Газификация угля. Процесс основан на взаимодействии угля с водяным паром:

C + H2O — H2 + CO.

Эта реакция является эндотермической, равновесие сдвигается вправо при температурах 900−1000 оС. Разработаны технологические процессы, использующие парокислородное дутье, при котором наряду с упомянутой реакцией протекает экзотермическая реакция сгорания угля, обеспечивающая нужный тепловой баланс:

C + ½O2-CO.

2. Конверсия метана. Реакция взаимодействия метана с водяным паром проводится в присутствии никелевых катализаторов (Ni-Al2O3) при повышенных температурах (800−900 оС) и давлении:

CH4 + H2O > CO + 3H2.

3. Парциальное окисление углеводородов. Процесс заключается в неполном термическом окислении углеводородов при температурах выше 1300 оС:

CnH2n + 2 + ½nO2 > nCO + (n + 1) H2.

Способ применим к любому углеводородному сырью, но наиболее часто в промышленности используют высококипящую фракцию нефти? мазут.