Конверсия (химия)

Конве́рсия (от лат. conversio — превращение, изменение) — процесс переработки газов с целью изменения состава исходной газовой смеси. Конвертируют обычно газообразные углеводороды (метан и его гомологи) и оксид углерода (II) с целью получения водорода или его смесей с СО. Эти смеси используют для синтеза органических продуктов и в качестве газов-восстановителей в металлургии или перерабатываются для получения чистого водорода.

Конверсия некоторых веществ

Конверсия метана

Существует три метода окислительной конверсии метана:

• паровая конверсия

• парциальное окисление метана кислородом воздуха
• углекислотная конверсия.

Количественный состав образующегося синтез- газа различен. Для синтеза аммиака требуется синтез-газ состава окись углерода и водород в соотношении 1:3, что обеспечивает паровая конверсия. Для синтеза метанола требуется синтез-газ состава 1:2, что обеспечивает парциальное окисление метана кислородом воздуха. Для получения диметилового эфира требуется синтез- газ состава 1:1, что обеспечивает углекислотная конверсия.

Паровая конверсия

Основная статья: Паровая конверсия

В промышленности используется практически только метод паровой конверсии, дающий на выходе больше всего водорода. Это один из способов производства водорода в промышленных масштабах. Получающийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:3 , обеспечивает дальнейший синтез аммиака. Упрощенно реакцию паровой конверсии можно представить так:

[math]\displaystyle{ \mathsf{CH_4 + H_2O \ \rightleftarrows{}\ CO + 3H_2} }[/math]

Реакция идет на никелевом катализаторе при высокой температуре (700—900°С).

Конверсию проводят в трубчатых печах с внешним обогревом.

Парциальное окисление кислородом воздуха

Упрощенно реакцию процесса парциального окисления метана кислородом воздуха можно представить так:

[math]\displaystyle{ \mathsf{CH_4 + 1/2 O_2 \ \rightleftarrows{}\ CO + 2H_2} }[/math]

Возможен технологический процесс без катализатора, но при повышенной температуре (1100—1300 °С). Образующийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:2, в дальнейшем используется для синтеза метанола

Возможен технологический процесс с катализатором, так доказана большая эффективность никелевого блочного катализатора по сравнению с платиновым.

Углекислотная конверсия

На стадии исследования на уровне лабораторных и пилотных испытаний находится процесс углекислотной конверсии, основанный на реакции:

[math]\displaystyle{ \mathsf{CH_4 + CO_2 \ \rightleftarrows{}\ 2CO + 2H_2} }[/math]

Образующийся синтез-газ, состава окись углерода и водород в соотношении 1:1, в дальнейшем используется для синтеза диметилового эфира. Реакция идет при 700—800 °С на многих никелевых и платиновых катализаторах, что и являлось целью исследований.

Конверсия окиси углерода

Конверсию окиси углерода применяют, в основном, для производства водорода. Синтез газ, полученный паровой конверсией метана, содержит окись углерода. Окись углерода конверсируют на железо-окисном ([math]\displaystyle{ \mathsf{Fe_3O_4} }[/math]) катализаторе с различными добавками при температуре 400—450 °С, при невысоком или повышенном давлении с подачей большого избытка водяного пара (паровая конверсия СО):

[math]\displaystyle{ \mathsf{CO + H_2O \ \rightleftarrows{}\ CO_2 + H_2} }[/math]

Были также проведены исследования с применением двухступенчатой схемы для снижения температуры до 250°С и усовершенствованию катализатора. Так, на первой ступени использовался высокотемпературный железо-хромовый катализатор, на второй — низкотемпературный катализатор, активным компонентом которого является медь.