Конверсия метана водяным паром

Построим зависимости равновесной концентрации водорода и степени превращения метана от давления от давления. Примем интервал значений давления 1÷15 ат и температуру Т=950оС.

Рисунок 3 – зависимость степени превращения метана от давления .

Рисунок 3 – зависимость степени превращения метана от давления .

Рисунок 4 – зависимость равновесной концентрации водорода от давления.

Рисунок 4 – зависимость равновесной концентрации водорода от давления.

Из зависимостей равновесной степени превращения метана и равновесной концентрации водорода от давления видно, что увеличение общего давления приводит к уменьшению полноты протекания реакции. Следовательно увеличение давления не целесообразно для повышения выхода водорода при конверсии метана водяным паром.

Влияние температуры и давления на скорость и движущую силу реакции.

 

Проанализируем влияние давления и температуры на скорость и ДС. В нашем случае реакция проходит вдали от равновесия, поэтому при увеличении температуры скорость реакции будет возрастать, что подтверждается зависимостью скорости реакции от температуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – зависимость скорости реакции от температуры

Как видно из графика при повышении температуры скорость возрастает и поэтому процесс целесообразно проводить при высоких температурах, однако это может повлечь за собой увеличение стоимости и сложности технологического оборудования.

Теперь рассмотрим влияние давления на скорость реакции. Из уравнения приведенного в аналитическом обзоре в результате нескольких математических преобразований можно получить следующее:

 

Откуда видно, что скорость  зависит от давления линейно. График зависимости выглядит следующим образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 – зависимость скорости конверсии метана от давления

Теперь рассмотрим зависимости движущей силы от температуры и давления. Уравнение для ДС может быть выведено из уравнения для скорости реакции.

 

Из формулы видно, что ДС не зависит от температуры и будет уменьшаться с увеличением давления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 – зависимость ДС от давления.

Исходя из сказанного выше, можно заявить, что реакцию целесообразно проводить при высоких давлениях и температурах. А на  производственных предприятиях процесс конверсии метана и проводится при повышенных температуре и давлении.

 

Зависимость степени превращения метана и равновесной концентрации водорода от соотношения метан-водяной пар.

 

По принципу Ле Шателье – Брауна увеличение концентрации исходных веществ приводит к смещению равновесия в строну продуктов реакции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 – зависимость равновесной степени превращения от соотношения мета – водяной пар.

Соответственно при добавлении в реакционную смесь водяного пара, не вся вода сможет вступить в реакцию и при увеличении количественного выхода водорода, его концентрация в равновесной смеси уменьшится:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 – зависимость равновесной концентрации водорода от соотношения метан – водяной пар.

 

Зависимость скорости протекания конверсии метана и движущей силы от соотношения метан-водяной пар.

 

 

 

 

 

Из уравнения скорости следует, скорость конверсии метана будет увеличиваться до того момента, пока ZA не станет настолько мало, что знаменатель дроби при увеличении соотношения не станет расти быстрее числителя. Аналогичную зависимость будет иметь и ДС, так как Р и Т остаются неизменными.

Рисунок 10 –зависимость скорости конверсии метана от соотношения метан – водяной пар.

Рисунок 10 –зависимость скорости конверсии метана от соотношения метан – водяной пар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость ДС от соотношения метан – водяной пар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Исходя из всего вышесказанного реакцию конверсии метана следует проводить при высоких температуре и давлении для увеличения скорости реакции и смещения равновесия в сторону продуктов. И небольшом соотношении количества метана к воде для увеличения степени превращения метана при увеличении расхода дешевого сырья – воды.

 

Список использованной литературы

 

1. А. М. Кутепов, Т. И. Бондарева, М. Г. Беренгартен. Общая химическая технология – М.: Высшая школа, 1985.
2. П. А. Симулин, Е. А. Мельников. Справочник азотчика. М: Химия. 
3. В. И. Атрощенко. Технология связанного азота. М: Химия, 1968.
4. В.В. Веселов А. А. Шевель. Научные основы каталитической конверсии углеводородов. Киев: Наукова думка. 1977.