Метан

Газ - заменитель природного газа

Постоянно растущая потребность разных стран в природном газе ограничивается их собственными запасами. Начиная с 50-х го­дов были разработаны многочисленные процессы для синтеза та­кого газа, который мог бы заменить природный газ, прежде все­го городской. Во всех этих процессах газ — заменитель природно­го газа (газ SNG) получали путем расщепления низкокипящих жидких углеводородов, т. е. также на основе нефти.

Западноевропейские страны, казалось, уже были готовы и в дальнейшем мириться с повышающейся зависимостью от стран-производителей нефти. В противоположность этому в США за­благовременно были развернуты многочисленные исследователь­ские программы, целью которых являлось (параллельно с выработкой газа SNG из углеводородов) получение газа из соб­ственных углей. Эти стремления были ускорены тем, что в отдель­ных штатах уже ощущались трудности с обеспечением природным газом. Поэтому наряду с производством газа из доступного угле­водородного сырья в США осуществляли и газификацию угля многими способами, доведенными даже до полупромышленных и демонстрационных установок.

В Европе было достаточно природного газа местной выработ­ки или закупленного по импорту, поэтому интерес к производст­ву газа SNG из угля усилился только после топливно-энергети­ческого кризиса 1973 г. Основой для исследований в ФРГ явился прежде всего опыт, накопленный в углехимии. С учетом реальной ситуации, заключающейся в том, что долговременное обеспечение промышленности необходимыми химическими продуктами воз­можно только на основе угля, в настоящей главе не обсуждаются известные процессы производства газа SNG из бензина, высококипящих углеводородных фракций, сланцев, каменноугольных и буроугольных экстрактов (в общем из углеводородного сырья), а речь пойдет исключительно о производстве газа SNG на основе угля.

Процессы получения метана можно разделить на  две группы:

1)           процессы каталитического метанирования, когда   оксид  уг­лерода гидрируют в метан на катализаторах в одну или несколь­ко ступеней;

2)     процессы  гидрогазификации,  при  которых  каменный    или бурый уголь совместно с водяным паром и (или) водородом превращают непосредственно в метан на отдельной установке или на ступени, входящей в схему газификации.

Синтез метана путем каталитического гидрирования оксида (или диоксида) углерода на кобальтовых или никелевых катали­заторах при 200—280 °С и атмосферном давлении [1] является крайним случаем синтеза углеводородов по способу Фишера — Тропша [2]. Соответственно, дальнейшая разработка этих процес­сов проходила во многом параллельно [3, 4], хотя в 30-х и 40-х годах метанирование рассматривали прежде всего как нежела­тельную побочную реакцию при синтезе Фишера — Тропша. Синтез метана был подготовлен для применения в газовой промышлен­ности после 1940 г., причем фирма Ruhrchemie разработала клас­сический катализатор для метанирования [5]. Опытно-конструк­торские работы велись до середины 50-х годов, а с конца 60-х го­дов они были продолжены в США и Англии.

Кроме получения газа с высокой теплотой сгорания метаниро­вание неизменно применяли для удаления малых количеств окси­да и диоксида углерода из синтез-газа. В этом случае оксиды уг­лерода при взаимодействии с водородом, находящимся в избытке, превращались в метан до остаточного суммарного содержания этих примесей менее 1%  (об.).

Метанирование оксида углерода временно использовали так­же в газовой промышленности (до того периода, когда городской газ был заменен природным газом или газами крекинга нефтяно­го сырья) — как процесс обезвреживания городского газа. Кроме Европы и США метанирование использовали в Японии и др. Об­зор работ по гидрированию оксида углерода и по метанированию в частности имеется в литературе [3, 4].

История   получения   газа   SNG   гидрогазификацией   угля   непосредственно связана  с  классической   газификацией   угля   водяным   паром. Не входя в данном разделе в подробности, укажем лишь на некоторые важные работы.  Более  старые  исследования  метанировання   (путем гидрирования  углерода)   проводили  на  каменном   и  древесном   угле,  коксах  и полукоксах. Термодинамические и  кинетические данные  [7, 8],  а также существующее состояние работ по гидрогенизации углей в ФРГ  [9]  и США [6, 10] изложены в литературе.