http://www.ebook.edu.vn
194

Chơng XI
Các công nghệ chuyển hoá Metan
thnh khí tổng hợp

XI.1. Cơ chế quá trình
Quá trình chuyển hoá khí tự nhiên thành khí tổng hợp đòi hỏi những
điều kiện rất nghiêm ngặt. Tuỳ theo mục đích sử dụng khí tổng hợp để tổng
hợp các sản phẩm cụ thể mà điều chỉnh tỷ lệ các cấu tử chính của hỗn hợp
khí tổng hợp cho phù hợp. Bảng XI.1 đa ra các tỷ lệ cấu tử thích hợp cho
một vài quá trình tổng hợp cơ bản.
Bảng XI.1. Tỷ lệ mol cấu tử thích hợp cho một số quá trình cơ bản
Tỷ lệ mol các cấu tử
Tổng hợp
H
2
CO N
2

NH
3

CH
3
OH
Fischer - Tropsch
Oxo
3
2

+ 2H
2
O CO
2
+ 4H
2
166,3 kJ/mol
Để tổng hợp amoniac, chỉ cần quan tâm đến H
2
và bằng phản ứng
chuyển hoá tiếp tục CO bằng hơi nớc thành CO
2
và H
2
theo phản ứng sau:
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
+ 40,5 kJ/mol
http://www.ebook.edu.vn
195
Phản ứng này là phản ứng toả nhiệt.
Phản ứng thứ t là phản ứng oxy hoá không hoàn toàn metan bằng oxy:
CH
4
+ 0,5O
2

thuộc vào mục đích sử dụng khí tổng hợp ở công đoạn sau.
Hỗn hợp khí đợc dẫn qua ống có đờng kính 10 ... 15 cm, có chứa xúc
tác niken. Phía ngoài ống phản ứng đợc đốt nóng để cung cấp nhiệt cần
Tách S
Hơi nớc
Thiết bị chu
yển hoá
Khí thải
Khí tự nhiên
Không khí
Nhiên liệu
Khí tổn
g hợp
http://www.ebook.edu.vn
196
thiết cho quá trình phản ứng. Nhiệt độ đợc khống chế trong khoảng 750 ...
900
0
C phụ thuộc vào mục đích sử dụng khí tổng hợp.
Nhiệt độ thấp sử dụng khi sự chuyển hoá của metan không cần giới hạn,
ví dụ nh khí tổng hợp đợc sử dụng để tổng hợp NH
3
. Trong trờng hợp này
áp suất yêu cầu 3,5 ... 4 MPa. Nhiệt độ cao hơn áp dụng khi sự chuyển
hoá metan cần phải khống chế giới hạn. Khi này áp suất đòi hỏi thấp hơn,
1,8 ... 2 MPa.
Khí tổng hợp sau khi đợc làm lạnh ngng tụ hơi nớc d, đợc nén
đến áp suất cần thiết. Ví dụ để tổng hợp metanol cần nén tới áp suất 8 ... 10
MPa. Công đoạn này cần tiêu tốn năng lợng. Với nhà máy 2500 tấn
metanol/ngày, công đoạn nén cần 30 ... 35 MW. Tại nhà máy này số ống

Nhiên liệu
Khí tổn
g hợp
http://www.ebook.edu.vn
197
thiết, và thiết bị chuyển hoá 3. Nguyên liệu hydrocacbon đợc chuyển hoá
bằng hơi nớc trên xúc tác niken đặt trong các ống phản ứng. Thiết bị
chuyển hoá bao gồm các ống chứa đầy xúc tác xếp thành hàng, đợc đốt
nóng do bức xạ nhiệt từ thành lò. Hệ thống đầu vào và ra đợc thiết kế đặc
biệt để làm việc ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hoá có thể
lên tới 650
0
C, nhiệt độ đầu ra là 985
0
C. Tỷ lệ mol hơi nớc trên hydrocacbon
trong khoảng 1 đến 3,5 tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khí tổng hợp ở các
công đoạn sau.
XI.2.2. Công nghệ oxy hoá không hoàn toàn không cần xúc tác
Trong công nghệ này oxy và khí tự nhiên đợc gia nhiệt, hỗn hợp và
đánh lửa. Phản ứng chính xảy ra là phản ứng toả nhiệt:
CH
4
+ 0,5O
2
CO + 2H
2
+ 35,7 kJ/mol
Sản phẩm ngoài CO và H
2
, có thể còn có CO

Hơi nớc

Hơi nớc
Khí tự nhiên
Tách S
Khí tổn
g hợp
Thiết bị trao
đổi nhiệt

Thiết bị
phản ứng
http://www.ebook.edu.vn
198
Về mặt nguyên tắc, thực hiện quá trình ở áp suất cao sẽ thuận lợi và nh
vậy tăng thêm chi phí máy nén. Sự chuyển hoá metan ngay cả ở áp suất này
cũng không đáng kể.
Hỗn hợp khí có thể dùng để tổng hợp metanol.
XI.2.3. Quá trình chuyển hoá có xúc tác (Autothermic Reforming - ATR)
Quá trình chuyển hoá có xúc tác dựa trên cơ sở phản ứng giữa khí tự
nhiên, hơi nớc và oxy. Sơ đồ công nghệ quá trình chuyển hoá có xúc tác
nh trên hình XI.4.