способ конверсии метана

Формула изобретения

Способ конверсии метана, включающий взаимодействие метана с водяным паром на никельсодержащем катализаторе, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют расплав никельсодержащей меди с содержанием никеля до 3%, через который продувают парогазовую смесь в течение 0,5-1,2 с при температуре расплава 1250-1400°C.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ конверсии метана, осуществляемый во вторичном риформинге путем взаимодействия метана с кислородом воздуха, водяным паром и диоксидом углерода на никельсодержащем катализаторе марки ГИАП-3-6Н ТУ 113-03-313-85, ГИАП-8 ТУ 14-03-31-46-87 и других (Катализаторы и процессы с их применением в азотной промышленности. Демиденко И.М., Янковский Н.А., Степанов В.А., Никитина Э.Ф., Кравченко Б.В. Изд. г.Горловка, 1998, с.15-40).

Недостатком указанного способа является большой расход катализатора из-за полной его замены после пробега или из-за повторного использования отработанного катализатора после отсева пыли и мелочи без дополнительной его подготовки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ конверсии метана (патент РФ № 2241657 от 16.04.2001, опубл. 10.12.2004), включающий взаимодействие метана с водяным паром на никельсодержащем катализаторе (катализатор представляет собой смесь свежего с отработанным, предварительно отсеянным от пыли, мелочи и отделенным от деформированных гранул, гранул с белым налетом) при соотношении пар:газ (0,9-1,2):1, 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 0,9-10⁵ Па, остановленный конвертор перегружают катализатором и вновь включают в работу.

Недостатками данного способа являются сложность процесса, связанная с периодической сменой катализатора.

Задачей изобретения является упрощение процесса.

Достигается это тем, что согласно заявленному способу конверсии метана, включающему взаимодействие метана с водяным паром на никельсодержащем катализаторе при соотношении пар:газ (0,9-1,2):1 объемных ед., в качестве катализатора используют расплав никельсодержащей меди с содержанием никеля до 3%, через который продувают парогазовую смесь. Время пребывания смеси в расплаве 0,5-1,2 с, температура расплава 1250-1400°C.

Используемые в настоящее время в качестве катализатора сплавы на основе никеля имеют основной недостаток закоксовываться, причем при низких температурах за счет кокса, образовавшегося в результате реакции Будуара, при высоких температурах за счет диссоциации метана. Таким образом, закоксовывание происходит во всем диапазоне температур (Крылов О.В. Углекислотная конверсия метана в синтез-газ // Российский химический журнал. 2000. т.44. № 1. С.19-33).

В нашем случае при содержании никеля до 3% в расплаве закоксовывание практически отсутствует.

Ограничение времени пребывания смеси в расплаве менее 0,5 с, ведет к резкому снижению конверсии метана, а увеличение его более 1,2 с ведет к необоснованному увеличению времени при практически неизменном выходе конверсионного газа. Температурный интервал 1250-1400°C ограничен снизу высокой вязкостью расплава и затрудненной продувкой газа через расплав, сверху стойкостью футеровки.

Способ осуществляли подачей через алундовую трубку смеси пара и метана (в соотношении 1:1) в расплав никельсодержащей меди в контакте смеси с расплавом в течение не менее 0,5 с при 1200-1400°C. Содержание никеля в меди составляло до 3%. Глубина расплава во всех опытах составляла 14 см. В связи с тем, что при конверсии метана с водяным паром идет реакция:

Н₂O+CH₄=CO+3H₂,

определяли содержание CO и H₂, данные опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав меди	Т, °С	Время, с	Н2, %	СО, %
Cu черновая (1,8% Ni)	1200	0,5	64	19
Cu, электрол.	1250	0,5	68	23
Cu, 1,3% Ni	1400	0,5	71	21
Cu, 3% Ni	1280	1,2	73	17

Из таблицы 1 видно, что общий выход H₂ и СО достигает 92%. Использовать данное изобретение можно на предприятиях цветной металлургии, на природном газе, например в Норильске, это даст возможность достичь экономии природного газа до 25-30%.