Tayanch so‘zlar: Konversiya, oksidlovchi, konversiyalangan gaz, kataditik konversiya, Le-Shatele, katalizator, zaxarlanish, xarorat, kurilmalar, saturatsion minora.
Умуман метан ва углерод монооксидини кислород (ёки ҳаво), сув буғи ва углерод диоксиди билан конверсиялаш мумкин. Шуни таъкидлаш керакки, метан ва унинг гомологларини кислород ёки ҳаво билан тўлиқ ва тўлиқсиз оксидлаш мумкин. Тўлиқ оксидлаш натижасида доимо сув буғи ва углерод диоксиди олинади:
СН4 + 2О2 = СО2 Қ+ 2Н2О + Q1 (2.1.)
Аммо, водород ишлаб чиқариш учун эса, метанни тўлиқсиз оксидлаш
керакдир:
СН4 + 0,5О2 = СО + 2Н2 + Q2 (Қ35,65 кж) (2.2.)
Метан ва бошқа углеводородларни сув сув буғи, углерод уч оксиди билан тўлиқсиз оксидлаб ҳам, водород олиш мумкин:
СН4 + Н2О(буғ) = СО + 3Н2 -Q3 (-206,19 кж) (2.3.)
СН4 = СО2 = 2СО + 2Н2 -Q4 (-247,36 кж) (2.4.)
ёки метан гомологларининг тўлиқсиз оксидланиши:
Сn Н2n + nН2О(буғ) = (2n+1) Н2 +nCO -Q (2.5.)
Водород олиш учун амалга ошириладиган юқоридаги (2.2.), (2.3.), (2.4.) тўлиқсиз оксидлаш реакцияларидан кўриниб турибдики, уларнинг ҳаммаси гомоген, қайтар ва кислород иштирокида кетадиган (2.2.) реакция экзотермик лекин сув буғи ва углерод диоксиди иштирокида кетадиган (2.3.) ва (2.4.) реакциялар эса - эндотермикдир. Лекин уччала реакция натижасида ҳам углерод монооксиди ҳосил бўлади.
Бу углерод монооксиди кейинчалик сув буғи билан реакцияга киришиб, яна водород ҳосил қилиши мумкин:
СО + Н2О(буғ) = СО2 + Н2 + 41,17 кж (2.6.)
Юқоридаги реакциялардан хулоса қилиш мумкинки метанни углерод диоксиди ёки кислород билан тўлиқсиз оксидланса, 1 мол метандан 2 мол водород олиш мумкин (2.2.) ва(2.4.) реакциялар. Агарда метан сув буғи билан тўлиқсиз оксидланса (2.3.) ва (2.6.) реакциялар, 1 мол метандан 3 мол водород олиш мумкин.
Эндиги гап шундаки, метан ва углерод монооксидини бир хил шароитда битта аппаратда сув буғи билан тўлиқсиз оксидлаб, юқори чиқиш билан водород олиш мумкинми ёки йўқми, деган саволга жавоб беришдир. Бунинг учун (2.3.) ва (2.6.) реакцияларини биргаликда ва айрим термодинамик текшириш яъни бу реакциялар натижасида ҳосил бўладиган газ аралашмасининг мувозанат шароитида таркибини реакцион ҳароартга қараб ўзгаришини кўриб чиқамиз: Яъни (2.3.) ва (2.6.) реакциялари системаси:
х х х 3х
СН4 + Н2О(буғ) = СО + 3Н2 -206,19 кж (2.3.)
х у у у
СО + Н2О(буғ) = СО2 + Н2 + 41,17 кж (2.6.)
_____________________________________________________________
СН4 + 2Н2О(буғ) = СО2 + 4Н2 -165,02 кж (2.7.)
Фараз қилайлик, дастлабки газ аралашмаси 1 мол метан ва n мол сув буғидан иборат.
Х - метанни реакцияга киришган қисми, мол.
У - углерод монооксидини реакцияга киришган қисми, мол.
Мувозанат ҳолатда ҳар бир компонентнинг моллар сони ва парциал босими (25.1.- жадвал) да берилган.
Жадвал __
Мувозанат ҳолатда компонентлар парциал босими.
Компонентлар
|
Реакцияга қадар моллар сони
|
Реакциядан сўнг моллар сони
|
Реакциядан сўғ компонентлар парциал босими
|
Метан
|
1
|
1-Х
|
(1-Х)Рнисбий
_________ = Рсн4
1+n+2Х
|
Сув
|
N
|
n-Х-У
|
(n-Х-У)Рнисбий
-------------------=Рн2о
1+n+2Х
|
СО
|
----
|
Х-У
|
(Х-У)Рнисбий
-------------------=Рсо
1+n+2Х
|
СО2
|
----
|
У
|
Урнисбий
-------------------=Рсо2
1+n+2Х
|
Н2
|
----
|
3Х+У
|
(3Х+У)Рнисбий
-------------------=Рн2
1+n+2Х
|
Жами
|
1+n
|
1+n+2Х
|
Рнисбий
|
Рнисбий = Р / Р0 (2.0.)
Бу ерда: Р - умумий босим, МПа.
Р0 - бошланғич босим, МПа.
Массалар таъсири конунига биноан (2.3.) ва (2.6.)-реакцияларнинг мувозангат доимийси:
Мд(25.3.)=РСОхРн23/Рсн4ХРн2о=(Х-У)(3Х+У)Р2нисбий(1+n+2Х)-2/(1-Х)(n-Х-У);(25.8.)
Мд(25.6.)=Рн2Рсо2/РсоРн2о=(3Х+У)У/(Х-У)(n-Х-У) (2.9.)
Бу мувозанат доимийсидан хар хил хароратдаги микдорларини куйидаги тенгламалардан топиш мумкин:
Ig(Мд)(25.3.)=-984О/Т+8,343IgТ-2,05910-3Т+О,17810-6Т-11,96 (2.10.)
Ig(Мд)(25.6.)=+2217/Т+0,297IgТ+0,352510-3Т-0,050810-6Т-326 (2.11.)
Мувозанат холдаги газ таркибини топиш учун (2.8.) ва (2.9.) тенгламалар системасидан «Х» ва »У» топиш керак. Бунинг учун дастлабки шароитлар: Умумий босим Р, ҳарорат - К да, n-Н20(буги)нинг дастлабки моллар сони, маълум булмоги керак: Мд(25.3.), Мд(25.6.) лар эса берилган харорат ТоК да (2.10.) ва (2.11.) тенгламалар оркали топилади; агар n=2,Р=1МПа булса куйидаги натижалар олинади: 2.2.-жавдвал. Конвертирланган газ аралашмасини мувозанат холдаги таркиби.
Бу - жадвалдан куриниб турибдики, метан ва углерод монооксидини сув буги билан битта конверторда бир поганада , водородни чикишини юкори натижага кутариб, конверcиялаш мумкин эмас, чунки паст хароратда куп микдорда метан , юкори хароратда эса углерод монооксиди куп микдорда реакцияга кириши олмай колиб кетади. Шунинг учун метан корверсиясини (2.3.) реакция буйича юкори хароратда, углерод монооксиди конверсиясини эса (2.6.) реакция буйича паст хароратда алохида конверторларда утказиш керак ва бу жараенларни эса алохида - алохида конверторларда амалга оширилиши мумкин.
Сунъий аммиак ишлаб чикариш учун водород олишда метан конверсиясини 2 погонада олиб борилади:
|
