Метанирование

Метанирование — это превращение окиси углерода и диоксида углерода (CO _x ) в метан (CH ₄ ) посредством гидрирования . Реакции метанирования CO _x впервые были открыты Сабатье и Сендеренсом в 1902 году. ^[1]

Метанирование CO _x имеет множество практических применений. Это средство удаления оксида углерода из технологических газов, а также обсуждается как альтернатива PROX в топливных процессорах для мобильных топливных элементов . ^[2]

Метанирование как способ получения синтетического природного газа рассматривается с 1970-х годов. ^[1] Совсем недавно это рассматривалось как способ хранения энергии, вырабатываемой солнечной или ветровой энергией, с использованием систем преобразования энергии в газ в сочетании с существующими хранилищами природного газа .

Химические реакции

Следующие реакции описывают метанирование монооксида углерода и диоксида углерода соответственно:

{\ce {CO + 3H2 -> CH4 + H2O}}

-206 кДж/моль

{\ce {CO2 + 4H2 -> CH4 + 2 H2O}}

-164 кДж/моль

Реакции метанирования отнесены к экзотермическим и указаны энергии их образования. ^[1]

Существуют разногласия относительно того, происходит ли метанирование CO ₂ путем сначала ассоциативной адсорбции адатома водорода и образования промежуточных соединений кислорода перед гидрированием или диссоциации и образования карбонила перед гидрированием. ^[3] Считается, что CO метанируется по диссоциативному механизму, при котором связь углерод-кислород разрывается перед гидрированием, при этом ассоциативный механизм наблюдается только при высоких концентрациях H ₂ .

Реакция метанирования на различных металлических катализаторах , включая Ni, ^[4] Ру ^[5] и резус ^[6] широко исследовался на предмет производства CH ₄ из синтез-газа и других инициатив по производству энергии из газа. ^[3] Никель является наиболее широко используемым катализатором из-за его высокой селективности и низкой стоимости. ^[1]

Промышленное применение

Создание синтетического природного газа

Метанирование является важным шагом в создании синтетического или заменителя природного газа (СНГ). ^[7] Уголь или древесина подвергаются газификации, в результате которой образуется генераторный газ, который должен пройти метанирование, чтобы произвести пригодный для использования газ, который просто необходимо пройти заключительный этап очистки.

Первый коммерческий завод по производству синтетического газа открылся в 1984 году и является заводом Great Plains Synfuel в Беуле, Северная Дакота. ^[1] Он все еще работает и производит природный природный газ мощностью 1500 МВт, используя уголь в качестве источника углерода. За годы, прошедшие с момента его открытия, были открыты и другие коммерческие объекты, использующие другие источники углерода, такие как древесная щепа. ^[1]

Во Франции компания AFUL Chantrerie, расположенная в Нанте, в ноябре 2017 года запустила демонстрационный образец MINERVE. Установка по метанированию производительностью 14 Нм3/день была построена компанией Top Industrie при поддержке Leaf. Эта установка используется для питания газовой станции и впрыска метана в газовый котел. ^[8]

Синтез аммиака

В производстве аммиака CO и CO ₂ считаются ядами для наиболее часто используемых катализаторов. ^[9] Катализаторы метанирования добавляются после нескольких стадий производства водорода, чтобы предотвратить накопление оксида углерода в контуре синтеза аммиака, поскольку метан не оказывает аналогичного отрицательного воздействия на скорость синтеза аммиака.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Рёнш, Стефан; Шнайдер, Йенс; Маттишке, Штеффи; Шлютер, Михаэль; Гетц, Мануэль; Лефевр, Джонатан; Прабхакаран, Прасит; Баджор, Зигфрид (15 февраля 2016 г.). «Обзор метана – от основ к текущим проектам». Топливо . 166 : 276-296. дои : 10.1016/j.fuel.2015.10.111 .
^ Мужчины, Йонг; Колб, Гюнтер; Цапф, Ральф; Хессель, Волкер; Лёве, Хольгер (2007). «Селективное метанирование оксидов углерода в микроканальном реакторе. Первичный скрининг и влияние газовых добавок». Катализ сегодня . 125 (1–2): 81–87. дои : 10.1016/j.cattod.2007.02.017 .
^ Jump up to: ^а ^б Мяо, Бин; Ма, Су Су Кхин; Ван, Синь; Су, Хайбин; Чан, Сью Хва (13 июня 2016 г.). «Механизмы катализа метанирования CO2 и CO» . Катализная наука и технология . 6 (12): 4048. doi : 10.1039/C6CY00478D . ISSN 2044-4761 .
^ Ксавье, К.О; Шрикала, Р; Рашид, КК А; Юсуф, К.К.М; Сен, Б. (24 февраля 1999 г.). «Допирование оксида церия на катализаторах Ni/Al ₂ O ₃ метанирования». Катализ сегодня . 49 (1): 17–21. дои : 10.1016/S0920-5861(98)00403-9 . ISSN 0920-5861 .
^ Утака, Т. (25 июня 2003 г.). «Удаление CO из реформированного топлива на катализаторах из меди и драгоценных металлов». Прикладной катализ А: Общие сведения . 246 (1): 117–124. дои : 10.1016/S0926-860X(03)00048-6 .
^ Панагиотопулу, Параскеви; Кондаридес, Димитрис И.; Верикиос, Ксенофонт Э. (2008). «Селективное метанирование CO на нанесенных катализаторах из благородных металлов: влияние природы металлической фазы на каталитические характеристики». Прикладной катализ А: Общие сведения . 344 (1–2): 45–54. doi : 10.1016/j.apcata.2008.03.039 .
^ Копыщинский, Ян; Шильдхауэр, Тилман Дж.; Биоллаз, Серж М.А. (1 августа 2010 г.). «Производство синтетического природного газа (СНГ) из угля и сухой биомассы - обзор технологий с 1950 по 2009 год». Топливо . 89 (8): 1763–1783. doi : 10.1016/j.fuel.2010.01.027 .
^ «Демонстратор Power to Gas в эксплуатации в Нанте» . Le Moniteur (на французском языке). 2018 . Проверено 9 февраля 2018 г. .
^ Хорсанд, Кайван (2007). «Моделирование и моделирование каталитического реактора метанирования агрегата аммиака» . Нефть и уголь . 49 : 46–53.

[:1-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Рёнш, Стефан; Шнайдер, Йенс; Маттишке, Штеффи; Шлютер, Михаэль; Гетц, Мануэль; Лефевр, Джонатан; Прабхакаран, Прасит; Баджор, Зигфрид (15 февраля 2016 г.). «Обзор метана – от основ к текущим проектам». Топливо . 166 : 276-296. дои : 10.1016/j.fuel.2015.10.111 .

[2] Мужчины, Йонг; Колб, Гюнтер; Цапф, Ральф; Хессель, Волкер; Лёве, Хольгер (2007). «Селективное метанирование оксидов углерода в микроканальном реакторе. Первичный скрининг и влияние газовых добавок». Катализ сегодня . 125 (1–2): 81–87. дои : 10.1016/j.cattod.2007.02.017 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б Мяо, Бин; Ма, Су Су Кхин; Ван, Синь; Су, Хайбин; Чан, Сью Хва (13 июня 2016 г.). «Механизмы катализа метанирования CO2 и CO» . Катализная наука и технология . 6 (12): 4048. doi : 10.1039/C6CY00478D . ISSN 2044-4761 .

[4] Ксавье, К.О; Шрикала, Р; Рашид, КК А; Юсуф, К.К.М; Сен, Б. (24 февраля 1999 г.). «Допирование оксида церия на катализаторах Ni/Al ₂ O ₃ метанирования». Катализ сегодня . 49 (1): 17–21. дои : 10.1016/S0920-5861(98)00403-9 . ISSN 0920-5861 .

[5] Утака, Т. (25 июня 2003 г.). «Удаление CO из реформированного топлива на катализаторах из меди и драгоценных металлов». Прикладной катализ А: Общие сведения . 246 (1): 117–124. дои : 10.1016/S0926-860X(03)00048-6 .

[6] Панагиотопулу, Параскеви; Кондаридес, Димитрис И.; Верикиос, Ксенофонт Э. (2008). «Селективное метанирование CO на нанесенных катализаторах из благородных металлов: влияние природы металлической фазы на каталитические характеристики». Прикладной катализ А: Общие сведения . 344 (1–2): 45–54. doi : 10.1016/j.apcata.2008.03.039 .

[7] Копыщинский, Ян; Шильдхауэр, Тилман Дж.; Биоллаз, Серж М.А. (1 августа 2010 г.). «Производство синтетического природного газа (СНГ) из угля и сухой биомассы - обзор технологий с 1950 по 2009 год». Топливо . 89 (8): 1763–1783. doi : 10.1016/j.fuel.2010.01.027 .

[8] «Демонстратор Power to Gas в эксплуатации в Нанте» . Le Moniteur (на французском языке). 2018 . Проверено 9 февраля 2018 г. .

[9] Хорсанд, Кайван (2007). «Моделирование и моделирование каталитического реактора метанирования агрегата аммиака» . Нефть и уголь . 49 : 46–53.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]