URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  

Окислительная конверсия природного газа

URSS. 2011. 640 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-396-00332-3.
Обращаем Ваше внимание, что книги с пометкой "Предварительный заказ!" невозможно купить сразу. Если такие книги содержатся в Вашем заказе, их цена и стоимость доставки не учитываются в общей стоимости заказа. В течение 1-3 дней по электронной почте или СМС мы уточним наличие этих книг или отсутствие возможности их приобретения и сообщим окончательную стоимость заказа.

 Аннотация

Настоящая монография представляет собой первую в отечественной научной литературе попытку рассмотреть с единых позиций большую совокупность гомогенно-гетерогенных процессов окислительной конверсии природного газа. В работе представлены основы кинетики газофазных реакций, необходимые для понимания механизма этих процессов. Изложены наиболее важные результаты по конверсии природного газа в оксигенаты, олефины и синтез-газ, оксипиролизу углеводородов, а также современные представления о механизме сажеобразования. Обсуждаются особенности промотирования и катализа высокотемпературных процессов окисления углеводородов, роль гомогенных и гетерогенных стадий; описаны альтернативные подходы к окислительной функциализации и технологическому использованию природного газа.


 Оглавление

Предисловие

Часть I. Теоретические основы кинетики газофазных реакций

Глава 1. Основные понятия кинетики газофазных реакций
 1.1.Понятие "время" в химии. Кинетика как наука о закономерностях протекания химического процесса
 1.2.Химическая термодинамика и химическая кинетика. Равновесные и неравновесные процессы в химии
 1.3.Развитие представлений о скорости химического процесса. Основные законы химической кинетики
 1.4.Роль газофазных реакций в становлении представлений о химическом процессе. Основные понятия химической кинетики
Глава 2. Физические основы кинетики газофазных процессов
 2.1.Понятие об элементарном акте химического превращения
 2.2.Поверхность потенциальной энергии и потенциальный барьер химической реакции
 2.3.Физический смысл предэкспоненциального множителя мономолекулярных, бимолекулярных и тримолекулярных реакций. Теория соударений
 2.4.Определение энергии активации. Аррениусовские координаты
 2.5.Интегральный характер константы скорости химической реакции, влияние внутренних степеней свободы молекул и других факторов
Глава 3. Кинетика сложных газофазных процессов
 3.1.Сложные химические процессы
 3.2.Развитие представлений о свободных радикалах. Радикальные процессы
 3.3.Методы регистрации свободных радикалов
 3.4.Радикально-цепные реакции
Глава 4. Разветвленно-цепные процессы. Окисление углеводородов
 4.1.Разветвленно-цепные процессы
 4.2.Пределы и полуостров воспламенения
 4.3.Роль поверхности. Кинетический и диффузионный обрыв цепи
 4.4.Модельные разветвленно-цепные процессы окисления водорода и фосфора
Глава 5. Тепловое воспламенение и горение углеводородов
 5.1.Основные понятия теории горения
 5.2.Тепловое самовоспламенение
 5.3.Распространение пламени
 5.4.Концентрационные пределы распространения пламени в низших алканах
Глава 6. Газофазное окисление углеводородов в среднетемпературной области
 6.1.Особенности окисления углеводородов
 6.2.Механизм газофазного окисления метана в среднетемпературной области
 6.3.Кинетическое моделирование в изучении газофазных процессов
 6.4.Механизм возникновения нелинейных явлений при окислении алканов

Часть II. Газофазная конверсия природного газа в оксигенаты

Глава 7. Парциальное окисление метана в метанол. Механизм процесса
 7.1.Парциальное окисление низших алканов как единая основа важнейших газохимических процессов
 7.2.Перспективы промышленного применения парциального окисления метана в оксигенаты
 7.3.Основные продукты процесса
 7.4.Влияние давления на процесс ПОММ
 7.5.Влияние температуры и времени контакта
 7.6.Влияние состава смеси на кинетику и выход продуктов
 7.7.Основные закономерности процесса ПОММ
 7.8.Механизм влияния давления на процесс
Глава 8. Парциальное окисление гомологов метана
 8.1.Этан и метан-этановые смеси
 8.2.Пропан
 8.3.Бутан
 8.4.Общие закономерности окисления алканов при высоких давлениях
 8.5.Относительное выгорание алканов при их совместном окислении
Глава 9. Технологические процессы конверсии углеводородных газов в оксигенаты
 9.1.Промышленные процессы парциального окисления природного и попутного газа
 9.2.Окисление метана в формальдегид
 9.3.Проточный процесс парциального окисления природного газа в оксигенаты
 9.4.Циркуляционный процесс окисления природного газа
Глава 10. Перспективные технологические процессы на основе парциального окисления природного газа в оксигенаты
 10.1.Предупреждение гидратообразования при добыче и транспортировке природного газа
 10.2.Очистка природных газов от соединений серы
 10.3.Переработка газов деэтанизации газофракционирующих установок
 10.4.Производство формальдегида из этансодержащих газов
 10.5.Получение уксусной кислоты и других продуктов карбонилирования
 10.6.Энергохимическое производство метанола на ТЭЦ. Снижение выброса оксидов азота энергоустановками на природном газе
 10.7.Окислительный предриформинг попутных газов
 10.8.Утилизация шахтного метана с производством метанольно-угольных суспензий
 10.9.Перспективы технологии парциального окисления природного газа в оксигенаты

Часть III. Гомогенно-гетерогенная конверсия природного газа в олефины и синтез-газ

Глава 11. Промотирование и катализ в газофазном окислении алканов
 11.1.О связи гомогенных и гетерогенно-каталитических процессов окисления алканов и возможности управления нелинейными газофазными процессами
 11.2.Роль катализа в реакциях окислительной конверсии углеводородов
 11.3.Каталитическое окисление метана в оксигенаты
 11.4.Гомогенное промотирование окисления метана в оксигенаты
 11.5.Физические методы инициирования окислительной конверсии алканов
 11.6.Окисление алканов в сверхкритических условиях
Глава 12. Окислительная конденсация метана
 12.1.Состояние исследований в области ОКМ
 12.2.Кинетический предел выхода этана и этилена при окислительной конденсации метана
 12.3.Технология получения этилена из природного газа методом окислительной конденсации метана
 12.4.Конденсация метана в присутствии других окислителей, окислительная ароматизация алканов
Глава 13. Парциальное окисление метана в синтез-газ
 13.1.Методы конверсии метана в синтез-газ
 13.2.Парциальное окисление метана в синтез-газ
 13.3.Технологическая реализация парциального окисления метана в синтез-газ
Глава 14. Альтернативные технологии окислительной конверсии метана в синтез-газ
 14.1.Окисление на керамических мембранах
 14.2.Микроканальные реакторы
 14.3.Окисление метана при миллисекундных временах контакта
 14.4.Процессы на основе фильтрационного горения
 14.5.Получение синтез-газа на основе энергетических технологий
 14.6.Получение синтез-газа и водорода в радиационных горелках
 14.7.Электрохимическая конверсия метана в синтез-газ

Часть IV. Альтернативные методы функциализации и технологического применения природного газа

Глава 15. Окислительный пиролиз легких алканов
 15.1.Термодинамические основы пиролиза углеводородов
 15.2.Термический пиролиз метана
 15.3.Окислительный пиролиз метана
 15.4.Термический пиролиз легких алканов
 15.5.Окислительный пиролиз (окислительное дегидрирование) этана и пропана
 15.6.Селективный оксикрекинг тяжелых углеводородов в природном газе
Глава 16. Сажеобразование при окислении алканов. Производство техуглерода
 16.1.Сажеобразование в окислительных процессах
 16.2.Механизм сажеобразования
 16.3.Производство техуглерода
 16.4.Получение и применение новых углеродных материалов
Глава 17. Функциализация легких алканов альтернативными окислителями
 17.1.Функциализация легких алканов
 17.2.Галоидирование углеводородов
 17.3.Оксигалоидирование углеводородов
 17.4.Нитрование углеводородов
 17.5.Окислительный аммонолиз метана
 17.6.Получение сероуглерода
 17.7.Гомогенный катализ легких алканов
 17.8.Биокаталитическая функциализация легких алканов
Глава 18. Восстановительные процессы на основе природного газа и продуктов его конверсии
 18.1.Природный газ как восстановитель в металлургических процессах
 18.2.Восстановление метаном сернистых газов
Заключение

 Предисловие

Памяти выдающихся российских ученых,
академиков Н.Н.Семенова и В.Н.Кондратьева,
создателей отечественной школы
химической кинетики

Окислительные процессы занимают ведущее место в химической технологии. На их долю приходится до половины всей производимой в мире химической продукции. Особенно велика роль окислительных процессов в переработке углеводородов. Поэтому закономерен большой интерес к механизму окисления углеводородов как фундаментальной основе многих важнейших нефтехимических технологий.

Среди современных процессов переработки углеводородов преобладают равновесные каталитические процессы, промышленная эффективность которых определяется, в первую очередь, наличием активных и долговечных катализаторов, а также селективностью процесса. Естественно, что в подготовке специалистов в области нефтехимии ведущая роль отводится различным разделам промышленного катализа. Но с ростом доли природного газа, используемого в качестве химического сырья, и формированием новой технологической отрасли -- промышленной газохимии -- растет интерес к газофазным и гетерогенно-газофазным процессам, играющим существенную роль при тех температурах, при которых протекает большинство газохимических процессов. К сожалению, этим процессам при подготовке специалистов по переработке углеводородов до сих пор не уделялось должного внимания.

Цель книги -- познакомить специалистов, аспирантов и студентов с обширным кругом разнообразных газофазных и гетерогенно-газофазных окислительных процессов газохимии, значительно отличающихся от традиционных нефтехимических процессов, и показать те общие принципы, которые лежат в их основе. Само выделение газохимии в качестве самостоятельной технологической области обусловлено, в частности, тем, что технологические процессы химической конверсии природного газа даже своей направленностью принципиально отличаются от процессов переработки более тяжелых углеводородов нефти. В нефтехимии преобладают деструктивные процессы, связанные с разрывом относительно слабых С--С и С--Н связей в сложных молекулах углеводородов нефти (пиролиз, изомеризация, гидрирование и дегидрирование). Целью химической переработки природного газа в большинстве случаев, наоборот, является конверсия относительно стабильных легких алканов в более сложные и менее стабильные соединения. Соответственно, главной проблемой становится преодоление низкой реакционной способности исходных углеводородов, а выход целевых продуктов во многих газохимических процессах определяется не термодинамическими, а преимущественно кинетическими факторами.

В наибольшей степени это относится к метану -- родоначальнику ряда предельных (метановых) углеводородов (алканов, парафинов), давшему этому классу углеводородов свое имя. Метан, не имеющий С--С связей и, так же как его ближайший гомолог этан, не содержащий --(СН2)-- групп, наличие которых определяет многие характерные химические свойства алканов, является наименее типичным представителем этого семейства основных компонентов природного газа и легких фракций нефти. Кроме того, он имеет самые прочные среди алканов С--Н связи, что делает химическую активацию метана крайне тяжелым и энергоемким процессом, а химическую переработку природного газа -- одной из сложнейших технологических проблем. Поэтому, несмотря на привлекательность природного газа в качестве дешевого химического сырья, на эти цели используется менее 5 % мирового объема добываемого газа, а подавляющая часть его до сих пор сжигается в качестве топлива.

Высокая термодинамическая стабильность метана обусловила его широкое распространение в природе. В нормальных условиях, а также в атмосфере и верхних слоях земной коры до глубин в 30 км метан является наиболее стабильным углеводородом. Термодинамическая стабильность метана превышает стабильность практически всех продуктов его конверсии, за исключением оксидов углерода и водорода, что делает невозможным его равновесную конверсию в какие-либо другие продукты кроме синтез-газа. Более широкие возможности для получения продуктов химической конверсии метана предоставляет использование неравновесных кинетических процессов.

Для активации алканов широко применяют гетерогенные катализаторы. Но даже на наиболее активных катализаторах эффективная активация метана и его ближайших гомологов требует таких жестких условий, таких высоких температур и давлений, при которых наряду с процессами на поверхности катализатора интенсивно протекают разнообразные процессы в газовой фазе. Радикальный характер большинства газохимических процессов в типичных условиях интенсивной активации метана и высокая вероятность протекания в этих условиях газофазных радикально-цепных процессов делают реальной активную конкуренцию гомогенных (газофазных) и гетерогенно-каталитических процессов. А в ряде промышленно важных процессов вклад гомогенных реакций преобладает. В то же время в гомогенных процессах значительна роль гетерогенных реакций активации и ингибирования процесса на поверхности. Поэтому согласно современным представлениям в большинстве высокотемпературных процессов конверсии природного газа гомогенные и гетерогенные стадии составляют единую совокупность и должны, как правило, рассматриваться совместно. При этом имеется достаточно обоснованное убеждение в том, что почти все многообразие процессов окислительной газофазной конверсии углеводородов в температурной области от 300 и почти до 1200 град. C может быть понято и описано на базе единого гомогенно-гетерогенного механизма.

Спектр газохимических технологий, основанных на гомогенных и гомогенно-гетерогенных кинетических процессах окисления, быстро расширяется, но механизм лежащих в их основе химических реакций еще недостаточно изучен. До сих остается справедливым замечание, сделанное в свое время Ф.Азингером в его фундаментальном труде, посвященном химии и технологии парафиновых углеводородов: "Вряд ли существует область, в которой данные научной и технической литературы так противоречили бы друг другу, как это наблюдается при окислении газообразных парафиновых углеводородов" (Азингер, 1959). Но тем значительнее и интереснее перспективы, открывающиеся по мере развития и углубления наших представлений о механизме протекающих здесь химических процессов.

Хотя газохимия еще очень молодая отрасль, список газохимических технологий обширен. В основе многих из них лежат процессы неполного (парциального) окисления углеводородов в богатых, т.е. обладающих избытком углеводородов по отношению к окислителю смесях. В отличие от используемых уже не одну сотню лет в энергетике процессов полного (глубокого) окисления и горения бедных и стехиометрических смесей углеводородов, они пока не так хорошо изучены.

К сожалению, в научной и учебной литературе пока мало публикаций, содержащих сколько-нибудь полную информацию о существующих и перспективных процессах газофазной окислительной конверсии легких углеводородов. В настоящей монографии рассмотрены наиболее важные и интересные процессы такого рода, их значение и особенности, а также лежащие в их основе кинетические представления. Их выбор не ограничен только процессами с участием кислорода, а исходит из более широкой трактовки термина "окисление". Соответственно, рассмотрены и другие кинетически родственные газофазные процессы и технологии, в которых конверсия природного газа протекает при его взаимодействии с такими окисляющими агентами, как галогены, сера, соединения азота. Совместное рассмотрение столь различных на первый взгляд процессов оправдано тем, что на самом деле в их основе лежат единые кинетические принципы. Знакомство с широким кругом перспективных окислительных процессов газохимии и понимание их единой природы значительно расширит технологический кругозор специалистов и сделает их более подготовленными к решению тех сложных задач, которые стоят перед отечественной газовой отраслью. Кроме того, без понимания кинетики газофазного окисления углеводородов невозможно обеспечить необходимый уровень технологической безопасности газохимических, в том числе и каталитических процессов.

Монография состоит из четырех тематических частей. В первой части даны теоретические основы кинетики газофазных реакций, необходимые для понимания механизма окисления углеводородов, в том числе разветвленно-цепных процессов, теплового воспламенения, горения и особенностей окисления углеводородов в среднетемпературной области. Вторая часть посвящена газофазной конверсии природного газа в оксигенаты -- спирты, альдегиды и другие соединения, а также основанным на этом существующим и перспективным технологическим процессам. В третьей части рассматриваются гомогенно-гетерогенные процессы конверсии природного газа в олефины и синтез-газ. В четвертой части коротко описаны альтернативные методы газофазной окислительной конверсии природного газа, в том числе с использованием других, помимо кислорода, окислителей.

Монография написана на основе курса "Окислительные превращения метана", прочитанного автором на кафедре газохимии Российского государственного университета нефти и газа им.И.М.Губкина, и предназначена для специалистов, занимающихся вопросами переработки и использования природного газа, а также студентов и аспирантов.


 Об авторе

Владимир Сергеевич АРУТЮНОВ

Доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией окисления углеводородов Института химической физики им.Н.Н.Семенова РАН (ИХФ РАН).

Область научных интересов: кинетика газофазных реакций, окислительная конверсия углеводородных газов, экологические проблемы энергетики и транспорта, социологические проблемы науки.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце