Метанирование

Метанирование - это превращение моноксида углерода и диоксида углерода (CO x) в метан (CH 4) посредством гидрирования. Реакции метанирования CO x были впервые открыты Сабатье и Сендеренсом в 1902 году.

Метанирование CO x имеет множество практических применений. Это средство удаления оксида углерода из технологических газов, которое также обсуждается как альтернатива PROX в топливных процессорах для мобильных топливных элементов.

Метанирование как способ производства синтетического природного газа рассматривается с 1970-х годов. Совсем недавно это было рассмотрено как способ хранения энергии, произведенной из солнечной или ветровой энергии, с использованием систем преобразования энергии в газ в сочетании с существующими хранилищами природного газа.

• 1 Химические реакции
• 2 Промышленное применение
  • 2.1 Создание синтетического природного газа
  • 2.2 Синтез аммиака
• 3 См. Также
• 4 ссылки

Следующие реакции описывают метанирование оксида углерода и диоксида углерода соответственно:

${\ displaystyle {\ ce {CO + 3H2 -gt; CH4 + H2O}}}$ -206 кДж / моль

${\ displaystyle {\ ce {CO2 + 4H2 -gt; CH4 + 2 H2O}}}$ -164 кДж / моль

Реакции метанирования классифицируются как экзотермические, и указывается энергия их образования.

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. Считается, что метанирование CO происходит по диссоциативному механизму, когда углеродно-кислородная связь разрывается до гидрирования, причем ассоциативный механизм наблюдается только при высоких концентрациях H 2.

Реакция метанирования на различных металлических катализаторах, включая Ni, Ru и Rh, широко исследовалась для производства CH 4 из синтез-газа и других инициатив в области энергетики. Никель является наиболее широко используемым катализатором из-за его высокой селективности и низкой стоимости.

Создание синтетического природного газа

Метанирование - важный шаг в создании синтетического или замещающего природного газа (SNG). Уголь или древесина подвергаются газификации, в результате чего образуется генераторный газ, который должен подвергаться метанированию, чтобы получить пригодный для использования газ, который просто необходимо пройти заключительную стадию очистки.

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

Во Франции AFUL Chantrerie, расположенная в Нанте, запустила в ноябре 2017 года демонстратор MINERVE. Эта установка метанирования 14 нм3 / день была проведена Top Industrie при поддержке Leaf. Эта установка используется для подпитки станции КПГ и закачки метана в котел, работающий на природном газе.

Синтез аммиака

При производстве аммиака CO и CO 2 считаются ядами для наиболее часто используемых катализаторов. Катализаторы метанирования добавляют после нескольких стадий получения водорода, чтобы предотвратить накопление оксида углерода в контуре синтеза аммиака, поскольку метан не оказывает аналогичного неблагоприятного воздействия на скорость синтеза аммиака.

• Биологическое метанирование
• Биометан
• Водородная экономика
• Возобновляемый природный газ

1. ^ ^{a b c d e f} Рёнш, Стефан; Шнайдер, Йенс; Маттишке, Штеффи; Шлютер, Михаэль; Гётц, Мануэль; Лефевр, Джонатан; Прабхакаран, Прасит; Баджор, Зигфрид (15 февраля 2016 г.). «Обзор метанирования - От основ до текущих проектов». Топливо. 166: 276–296. DOI : 10.1016 / j.fuel.2015.10.111.
2. ↑ Men, Yong; Кольб, Гюнтер; Цапф, Ральф; Хессель, Фолькер; Лёве, Хольгер (2007). «Селективное метанирование оксидов углерода в микроканальном реакторе. Первичный отсев и влияние газовых добавок». Катализ сегодня. 125 (1–2): 81–87. DOI : 10.1016 / j.cattod.2007.02.017.
3. ^ ^{а б} Мяо, Бин; Ма, Су Су Кхине; Ван, Синь; Су, Хайбинь; Чан, Сью Хва (13.06.2016). «Механизмы катализа метанирования СО2 и СО». Наука и технологии катализа. 6 (12): 4048. DOI : 10.1039 / C6CY00478D. ISSN   2044-4761.
4. ^ Ксавьер, К. О; Sreekala, R; Рашид, К.К. А; Юсуфф, К.К. М; Сен, Б. (24 февраля 1999 г.). «Легирующие эффекты оксида церия на катализаторах Ni / Al 2 O 3 для метанирования». Катализ сегодня. 49 (1): 17–21. DOI : 10.1016 / S0920-5861 (98) 00403-9. ISSN   0920-5861.
5. ^ Утака, Т (2003-06-25). «Удаление CO из реформированного топлива над катализаторами из меди и драгоценных металлов». Прикладной катализ A: Общие. 246 (1): 117–124. DOI : 10.1016 / S0926-860X (03) 00048-6.
6. ^ Панагиотопулу, Параскеви; Кондаридес, Димитрис I.; Верикиос, Ксенофон Э. (2008). «Селективное метанирование CO на нанесенных катализаторах из благородных металлов: влияние природы металлической фазы на каталитические характеристики». Прикладной катализ A: Общие. 344 (1–2): 45–54. DOI : 10.1016 / j.apcata.2008.03.039.
7. ^ Kopyscinski, Ян; Schildhauer, Tilman J.; Биоллаз, Серж М.А. (01.08.2010). «Производство синтетического природного газа (SNG) 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. ^ "Un demonstrateur Power to gas en service à Nantes". Le Moniteur (на французском языке). 2018. Проверено 9 февраля 2018..
9. ^ Хорсанд, Кайван (2007). «Моделирование и моделирование каталитического реактора метанирования в аммиачной установке». Нефть и уголь. 49: 46–53.