Метан

Метанирование оксида углерода. Кинетика

Литературные данные по кинетике метанирования довольно проти­воречивы. Это, вероятно, определяется тем, что данные, получен­ные для целей проектирования, большей частью основывались на формальной кинетике. Корректное определение микрокинетических показателей осложняется прежде всего тем, что при такой сильно экзотермической реакции, как метанирование, необходимо учиты­вать не только наличие стадий инициирования реакции и «закал­ки», но и медленное изменение концентраций и температуры в слое катализатора из-за его дезактивирования за счет отравления и старения. Так что далее, по существу, следует только перечис­лить кинетические уравнения, установленные за период 1946— 70 гг. [12, 13].

кинетические уравнения, установленные за период 1946— 70 гг.

Для побочного образования СО2 можно в этом случае записать такое кинетическое уравнение:

 Для побочного образования СО2

Если исходят чисто формально из стехиометрического брутто равенства (3), получают [15]:

Если исходят чисто формально из стехиометрического брутто равенства

Произвольный выбор такого уравнения, называемого уравнением Хоугена — Ватсона, может показаться лишенным смысла для хи­миков, специализирующихся в изучении механизма каталитиче­ских реакций. Однако это уравнение представляет собой математи­ческую модель, которая особенно пригодна для аппроксимирования очень большого числа переменных на ЭВМ в связи с необходи­мостью оценки значительного числа констант.

При одновременной адсорбции оксида углерода и водорода на катализаторах — металлах VIII группы Лэнгмюровская изотерма адсорбции смеси не выполняется [16], поэтому выведение уравне­ния Хоугена — Ватсона во много раз усложняется, и вместо этого пользуются простыми математическими выражениями типа урав­нения Лэнгмюра, в которых показатели степени устанавливают эмпирически, например:

ользуются простыми математическими выражениями типа урав­нения Лэнгмюра

При выводе уравнения (9) условия таковы [17]: 270—290 С, ка­тализатор Ni + MgO, энергия активации 86,3 кДж/моль. Для урав­нения (10) условия иные [18]: 200—300°С, 0,2—1,4 МПа, никелевый катализатор.
При осуществлении метанирования на стационарном борнике­левом катализаторе справедливо уравнение [19]:

на стационарном борнике­левом катализаторе 

Положительный порядок реакции по СО можно ожидать, если ра­ботают [20] при малых концентрациях СО, например, при очистке газа для синтеза аммиака (5000—9000 млн-1 СО):

при малых концентрациях СО
Парциальное давление избыточного водорода вошло в константу скорости k.

Кинетику метанирования определяли [21] и в пустотелой колонне с тонкоизмельченным Ni—MgO-катализатором без носителя, суспендированным в высококипящих углеводородах, при давлении до 1 МПа [21]. Концентрация катализатора была небольшой, а скорость газа выбрана высокой, так что самой медленной ступенью являлась химическая реакция. Упрощенное кинетическое уравнение метанирования в жидкой фазе

Упрощенное кинетическое уравнение метанирования в жидкой фазе

оказалось пригодным для оптимизации расчетов, подтвержденных  [22, 23] экспериментально.