Сутекті өндірудің технологиялық әдістері.

Сутек болашақтағы отын және универсалды энергия көзі. Сутектің басқа отындармен салыстырғанда көптеген артықшылығы бар.1) Сутекті өндіруге шикізат ретінде сарқылмас суды қолданады, сутек жанғанда су қайтадан түзіледі. 2) Сутек химия өндіріс орындарында, металлургияда, мұнай өнімдерін өндеуде ерекше орын алады, ал аммиак және метанол синтездеуде негізгі шикізат. 3) Сутектің жану жылуы өте жоғары - 125,5 МДж/кг немесе көміртектің жану жылуынан (32,8 МДж/кг) төрт есе жоғары. 1кг сутегі 1кг жөғары октанды бензиннен 3 есе артық энергия береді. 4) Сутекті сұйық күйінде және гидридтер түрінде сақтауға болады.

Сутекті алудың тәсілдер: 1)физикалық, 2)химиялыық, 3)электрохимиялық болып үшке бөлінеді. Өте көп қолданылатын химиялық әдістердің бірі- коннверсия тәсілі.Конверция дегеніміз - құрамын өзгерту мақсатымен газ тәрізді отынды технологиялық өңдеу процесі. Газ тәрізді отындарды конверциялау әртүрлі реакторларда конвертерлерде іске асады. Конверция әдісімен алынған газды конвертирленген газ деп атайды. 1000⁰ температурада қызған көмір бетімен су буын өткізсе, мынадай реакция жүреді.

С+Н₂О  СО+Н₂

Бұл реакия кезінде түзілген көмір оксиді де (ІІ), сутек де жанғыш газдар. Бұны су газы немесе "синтез газ" деп атайды. Отын ретінде және шикізат ретінде қолданылады. Су газындағы сутегін бөліп алу үшін су газына су буын араластырып, қоспасын қыздырған темір оксиді арқылы өткізеді.

₅₀₀⁰_С

СО +Н₂О_бу  Н₂ + СО₂

^Fe₂^O₃

СО₂  Н₂

К = 

СО Н₂О

СаО +СО₂  СаСО₃ сөндірілмеген извест

Бұл реациядан шыққан көміртегінің (ІV) осиді сутектен оңай ажыратылады, ол үшін осы шыққан газдар қоспасын 2МПа қысыммен қысып сумен жуады. Соңғы реакцияны су газының конверсиясы деп атайды. Темір оксиді катализатор қызметін атқарады.

Төменгі температурада теңдік кері ауады. Сондықтанда температураны 450-500⁰С дейін көтереді. Және су буын теңдік бойынша керегінен артық алады. Сутекті, конверсиялау арқылы алу арзан жолдың бірі, кейде су газының орнына, құрамында көмірсутек( ІІ) оксиді мол басқа газдар қоспасын қолданады.

Осы кезде көміртек оксидін конверсиялауға K, Ca окидтерімен промотрланған темір-хром катализаторлары қолданылады.Осы катализаторлармен СО конверсиялағанда 2-4% - ке дейін көмір оксиді сол қалпында қалады. Қалған көмір оксидін әрі қарай 200-300⁰С -та мырыш-хром-мыс катализаторларын қолданып конверсиялайды. Конверсия процесінің бірінші сатысында бөлінген жылу су буын дайындауда пайдаланылады.

Табиғи газдарды конверсиялау.

Соңғы кезде көп қолданылып келе жатқан негізгі әдістерінің бірі сутекті метаннан алу. Табиғи газдардың кейбіреуінде 90% - тен аса, ол кокс газында 25-30% болады. Көмірді шала кокстегенде құрамында метаны көп газдар шығады, метан мұнай өндірісінде де шығатын газдар қоспасында болады.

Метаннан сутекті түрліше әдіспен алады.

1. Метанды крекингтеу( қыздырып алу)

СН₄=С+2Н₂-4000,08кДж

Метанды отқа берік қыш қондырмалармен толтырылған шахта пештерде крекингтейді. Бұл процесс екі сатыда өтеді. 1) Бірінші сатыда метанды ауамен араластырып, пештің ішін 1100⁰С дейін қыздырады. 2) Екінші сатыда пешке метанның өзін ғана жібереді , осы кезде эндотермиялық реакция жүріп пеш 900⁰С дейін суыйды. Метанды жағып 1100⁰С-қа дейін қыздырады. Осыдан шыққан сутекті аралас газдардан тазартады.

Метанды су буымен катализдік конверсиялау.

Сутек өндірісінің негізгі әдісі. Бұл әдіс метан және оның туындыларын су буымен, оттекпен, көміртек (ІV) оксидімен тотықтыру мына реакцияларға негізделген.

СН₄ + Н₂О  СО+3Н₂ - 206кДж (а)

СН₄ + 1/2 О₂  СО+2Н₂ + 35кДж (б)

СН₄+ СО₂  2СО+2Н₂ - 248кДж (в)

Келтірілген реакциялар нәтижесінде түзілген көміртек оксиді су буымен темір-хром катализаторының қатысуымен конверсияланады.

СН₄ + Н₂О  СО + 3Н₂

СО +Н₂О  СО₂ + Н₂ +41кДж (г)

Метанды су буымен конверсиялау процесі эндотермиялық процесс:

СН₄ + Н₂О - СО₂ + Н₂ - 165кДж

Метанды катализдік әдіспен конверсиялау процесінің бірінші сатысында сутек өндіруге катализатор ретінде Nі/AІ₂O₃ қолданылады, конверсия процесінің бірінші сатысы 800⁰С температурада және 1-4 МПа қысымда жүргізіледі. Метанды су буымен конверсиялау процесінің бірінші сатысының өнімі- синтез газ, сутек немесе сутек-азот қоспасын өндіру үшін, процестің екінші сатысында көміртек (ІІ) оксиді су буымен катализдік әдіспен конверсияланады.

Темір-бу әдісі.

Бұл әдіс ертеден келе жатқан, бірақ қазір мәні кеміген химиялық әдіс. Мұнда 700⁰С-ға дейін қыздырған темір және темір (ІІ) оксиді мен су буы әрекеттеседі:

Н₂О + Fe = FeO +H₂ +2225кДж

H₂O + 3FeO= Fe₃O₄+H₂ + 4175кДж

Бұл технологиялық процесте су буының жартысы ғана сутекке айналады. Түзілген темір қағын су газымен әрекеттестіргенде, темір алғашқы күйіне келіп, қайтадан іске қосылады.

Fe₃O₄+4CO= 3Fe +4CO₂

Fe₃O₄ + 4H₂= Fe+4H₂O

Технологиялық процесті үш сатымен жүргізеді: І-сатыда су газымен темір оксидін тотықсыздандырады; ІІ- сатыда аппаратта қалған су газы су буымен айдалып шығарылады, ІІІ- сатыда сутек алынады. Бұл әдіспен сутекті алу экономикалық жағынан тиімсіз:1) процесс үздікті;2) су буымен су газы артық шығындалады;3) сутегі таза емес