способ конверсии метана

Формула изобретения

Способ конверсии метана, включающий взаимодействие метана с водяным паром на катализаторе, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют жидкий шлак медного производства, через который продувают парогазовую смесь в течение 1-1,5 с, температуре расплава 1250-1400°С с последующей регенерацией катализатора периодической продувкой его кислородом воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам каталитической конверсии метана и может быть использовано в топливной, химической и металлургической отраслях промышленности.

Известен способ конверсии метана (заявка на патент РФ № 2006122591, опуб. 10.01.2008), включающий нагрев метана и воздействие на него электрическим разрядом с получением водорода, отличающийся тем, что метан смешивают с водяным паром с получением рабочей смеси, названную рабочую смесь нагревают и воздействуют на нее электрическим барьерным разрядом. Метан смешивают с водяным паром путем пропускания метана через воду при температуре воды не ниже 80°С, а рабочую смесь нагревают не мене чем до 400°С. Мощность электрического барьерного разряда должна быть не менее 10 Вт, при этом в рабочую смесь добавляют кислород.

Недостатком способа является сложность осуществления процесса. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ конверсии метана (патент РФ № 2241657, опуб. 10.12.2004), включающий взаимодействие метана с водяным паром на никельсодержащем катализаторе при соотношении пар:газ (0,9-1,2):1. Катализатор представляет собой смесь свежего с отработанным, предварительно отсеянного от пыли, мелочи и отделенного от деформированных гранул, гранул с белым налетом, при объемной скорости газа 4000-4500 ч^-1, температуре 1002-1245°С, давлении (32,5-33,5)·10⁵ Па, сопротивлении в конверторе (0,7-0,9)·10⁵ Па, концентрации метана на входе 9-11% до достижения концентрации метана на выходе 0,35% и (или) повышения сопротивления в конверторе выше 0,9·10 ⁵ Па, остановленный конвертор перегружают катализатором и вновь включают в работу.

Недостатком способа является сложность осуществления процесса.

Задачей изобретения является упрощение процесса.

Достигается это тем, что согласно заявленному способу конверсии метана, включающему взаимодействие метана с водяным паром на катализаторе, в качестве катализатора используют жидкий шлак медного производства, через который продувают парогазовую смесь в течение 1-1,5 с, температура расплава 1250-1400°С, с последующей регенерацией катализатора периодической продувкой его кислородом воздуха.

Ограничение времени пребывания смеси в расплаве менее 1 с, ведет к резкому снижению конверсии метана, а увеличение его более 1,5 с ведет к необоснованному увеличению времени при практически неизменном выходе конверсионного газа. Температурный интервал 1250-1400°С ограничен снизу высокой вязкостью расплава шлака и затрудненной продувкой газа через расплав, сверху стойкостью футеровки. Длительная продувка шлака газом ведет к восстановлению металлов из шлака, в особенности цветных, которые будут отделяться от шлака и собираться в нижней части реактора, где идет процесс конверсии. Для предотвращения этого через расплав продувают воздух, содержащий кислород:

2Ме+О₂=2МеО

таким образом осуществляется регенерация катализатора.

Способ осуществляли подачей через алундовую трубку смеси пара и метана (в соотношении 1:1) в расплав конверторного шлака медного производства. Время пребывания смеси в расплаве во всех опытах составляло 1-1,5 с при 1250-1400°С. Состав конвертерного шлака медного производства, %: 0,9 Ni, 3,9 Сu, 0,04 Со, 45,5 Fe, 0,8 S, 1,2 г/т Pt, 6,1 г/т Pd, 0,4 г/т Аu, остальное SiO₂. В связи с тем, что при конверсии метана с водяным паром идет реакция

Н₂O+СН ₄=СО+3Н₂

в конечных продуктах определяли содержание СО и Н₂. Данные опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1
Т, °С	Время	Н2,%	CO,%
	пребывания
	смеси в
	расплаве
	(с)
1250	0,5	55	11
1250	1,0	72	22
1300	1,1	70	23
1400	1,3	74	19
1400	1,5	73	20

Из таблицы 1 видно, что при времени пребывания смеси в расплаве 1-1,5 с общий выход Н₂ и СО достигает 94%. Использовать данное изобретение можно на предприятиях цветной металлургии, на природном газе, например в Норильске на медном заводе. Позволяет получить экономию природного газа до 25-30%.