Способ конверсии метана

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

Известен 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. (Патент РФ №2517505, от 26.12.2012, опубл. 27.05.2014 Бюл. №15)

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ конверсии метана (Патент РФ №2241657 от 16.04.2001, дата публикации 20.06. 2003, Бюл. №17) включающий взаимодействие метана с водяным паром на никельсодержащем катализаторе при соотношении пар : газ (0,9-1,2):1, а в качестве катализатора используется жидкая никельсодержащая медь, через которую продувают парогазовую смесь. Время пребывания смеси в расплаве не менее 0,5 сек., температура расплава 1250-1400°С.

Недостатками данного способа являются большие энергозатраты на нагрев реагентов.

Задачей изобретения является удешевление процесса.

Достигается это тем, что согласно заявленному способу конверсии метана, включающему взаимодействие метана с газом на никельсодержащем катализаторе, при использовании газа от сжигания твердых бытовых отходов в печах газификации, которые смешивают с метаном на никельсодержащем катализаторе при отношении суммы массовых частей (Н₂О+СО) в газе от сжигания твердых бытовых отходов к метану (СН₄)-(0,85-1,25):1 при температуре 900-1400°С.

Конверсия метана в синтез-газ (СО+Н₂) одна из важнейших химических реакций, пригодная для промышленного получения водорода и дающая начало синтезу углеводородов (жидкое топливо) и других технически ценных продуктов. Существует три метода окислительной конверсии метана в синтез-газ [1]:

паровая конверсия

парциальное окисление кислородом

углекислотная конверсия

Отходящие газы от сжигания твердых бытовых отходов в печах газификации имеют следующий состав: СО, СО₂, Н₂, Н₂О_пар, N₂. Температура отходящих газов в зависимости от типа используемых печей лежит в пределах от 850 до 1400°С.

В связи с практически полным отсутствием чистого кислорода в отходящих газах от сжигания твердых бытовых отходов в печах газификации, реакции конверсии метана которые могут проходить являются 1 и 3.

Ниже 0,85 в отношении суммы массовых частей (Н₂О+СО) в газе от сжигания твердых бытовых отходов к метану (СН₄) приводит к необоснованному расходу метана при прохождении реакций 1, 3, а при увеличении его выше 1,25 приводит к не полному прохождению этих реакций. При снижении температуры меньше 900°С выход СО и Н₂ по реакциям 1, 3 резко снижается, а увеличение температуры выше 1400°С приведет к снижению стойкости катализатора.

Опыты по получению синтез-газа из отходящих газов печей газификации твердых бытовых отходов и метана проводили на синтезированных газах по составу близких к составу газов полученных при сжигании твердых бытовых отходов в печах газификации. Для осуществления процесса была изготовлено устройство, изображенное на фиг.

Устройство изготовлено из алунда 1 с двумя вставленными в него алундовыми трубками для ввода смеси газов (газа близкого по составу близкого от печи газификации+метан) и вывода синтез-газа. При прохождении через устройство смесь газов обтекает никельсодержащий катализатор 2. В конечных продуктах определяли содержание СО, Н₂ и N₂. Результаты проведенных опытов сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что максимальный общий выход Н₂ и СО достигает 88,4%. Использовать данное изобретение можно на мусоросжигающих предприятиях, где природный газ идет для получения более чистого синтез-газа при переработке твердых бытовых отходов, а варьируя влажностью отходов можно менять состав синтез-газа для получения различных продуктов, например, метанола либо диметилового эфира - «топлива 21 века». Кроме того это даст возможность достичь экономии природного газа до 25-30%.