Отчет по производственной практике: Получение синтез-газа конверсией метана водяным паром

В условиях стремительного развития химической промышленности и растущего спроса на энергоносители, получение синтез-газа методом конверсии метана водяным паром занимает центральное место в мировой технологической цепочке. Этот процесс является краеугольным камнем для производства широкого спектра важнейших химических продуктов, от аммиака и метанола до синтетического топлива и водорода, дефицит которого в России к 2030 году может быть компенсирован за счёт увеличения производства до 10 млн тонн. [25] Отчет по практике посвящен глубокому изучению технологических, организационных, экономических и экологических аспектов крупнотоннажного производства синтез-газа, что является критически важным для подготовки будущих специалистов химико-технологического профиля.

Объект практики: Производственный комплекс по получению синтез-газа конверсией метана водяным паром.

Предмет практики: Технологические процессы, аппаратурное оформление, параметры управления, каталитические системы, экономические показатели, организационная структура, а также меры по охране труда и окружающей среды, характерные для данного производства.

Цели Отчета:

1. Систематизировать теоретические знания о физико-химических основах процесса паровой конверсии метана.
2. Детально описать типовую технологическую схему производства синтез-газа, включая подготовку сырья, стадии риформинга, конверсии оксида углерода и очистки газа, с указанием используемого оборудования и его характеристик.
3. Проанализировать основные области применения синтез-газа и альтернативные методы его получения.
4. Изучить методику расчета материального баланса и оценить ключевые экономические показатели эффективности производства.
5. Исследовать организационную структуру крупнотоннажных химических предприятий и факторы, влияющие на общую эффективность производства синтез-газа.
6. Обозначить ключевые меры по охране труда и промышленной безопасности, а также по минимизации воздействия на окружающую среду.

1. Теоретические основы процесса паровой конверсии метана

В основе многих современных химических синтезов лежит синтез-газ, а его получение из метана и водяного пара является одним из наиболее важных и изученных процессов в химической технологии. Понимание его фундаментальных принципов — это ключ к оптимизации и безопасному управлению производством, ведь без стабильного и эффективного получения синтез-газа невозможна работа целых отраслей химической индустрии.

1.1. Физико-химические принципы процесса

Сердцем процесса паровой конверсии метана (ПКМ) является основная, сильно эндотермическая реакция, требующая значительных энергозатрат:

CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂; ΔH°298 = +206,4 до +226 кДж/моль. [7]

Эта реакция, также известная как паровой риформинг, характеризуется поглощением тепла, что означает необходимость постоянного подвода энергии для ее поддержания. Продуктами этой реакции являются монооксид углерода (CO) и водород (H₂), которые и составляют основу синтез-газа.

Одновременно с основной реакцией в той же системе протекает сопутствующая, но уже экзотермическая реакция — конверсия оксида углерода (конверсия водяного газа):

CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂; ΔH°298 = -41,3 до -42,4 кДж/моль. [7]

Эта реакция выделяет тепло и играет ключевую роль в регулировании соотношения CO и H₂ в конечном продукте, а также в повышении общего выхода водорода.

Термодинамика процесса определяет, насколько полно может протекать реакция при заданных условиях. Изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) является главным критерием самопроизвольности реакции. Для реакции паровой конверсии метана (CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂) при типичных промышленных условиях (например, температура 800 °C, что соответствует 1073 K, и давление 1 атмосфера) изменение свободной энергии Гиббса составляет приблизительно -67 кДж/моль. [7] Отрицательное значение ΔG указывает на высокую термодинамическую вероятность протекания реакции в прямом направлении, то есть в сторону образования продуктов (CO и H₂).

Принцип Ле Шателье-Брауна диктует, что для смещения равновесия основной реакции (эндотермической, с увеличением числа молей газа) в сторону образования продуктов (CO и H₂) необходимо:

• Высокая температура: Поскольку реакция эндотермическая, повышение температуры способствует поглощению тепла системой и сдвигу равновесия вправо.
• Низкое давление: Реакция сопровождается увеличением объема газа (из 2 молей реагентов образуется 4 моля продуктов). Следовательно, понижение давления способствует смещению равновесия в сторону большего числа молей газа, то есть в сторону продуктов.

На практике, однако, используют повышенное давление для улучшения массообмена и снижения капитальных затрат на компримирование газа на последующих стадиях, компенсируя это более высокой температурой.

1.2. Каталитические аспекты и кинетика реакции

Несмотря на термодинамическую благоприятность, скорость некаталитической реакции паровой конверсии метана крайне низка. Именно здесь в игру вступают катализаторы, которые являются истинным двигателем процесса. Они способствуют увеличению скорости достижения равновесия в 10⁴–10⁵ раз [1], делая промышленную реализацию процесса возможной.

Механизм действия катализаторов: Процесс протекает на поверхности катализатора, где происходит адсорбция метана и водяного пара. Метан активируется на активных центрах, образуя промежуточные CHₓ-формы, которые затем реагируют с адсорбированными -OH группами, формируя CO и H₂.

Типы катализаторов: Наиболее распространены никелевые катализаторы, обычно нанесенные на высокопористый оксид алюминия (Ni/Al₂O₃), который обеспечивает большую поверхность для реакции и высокую механическую прочность.

Промоторы катализаторов: Для улучшения характеристик катализаторов в их состав вводят специальные добавки — промоторы:

• Структурные промоторы: Например, диоксид титана (TiO₂) или диоксид циркония (ZrO₂). Их задача — повышать термостойкость катализатора, предотвращая его спекание при высоких температурах, и увеличивать механическую прочность.
• Электронные промоторы: Такие как оксид магния (MgO), оксид хрома (Cr₂O₃) или оксид кальция (CaO). Они изменяют электронные свойства активных центров никеля, что приводит к повышению его каталитической активности, улучшению селективности и снижению тенденции к образованию кокса.

Проблемы дезактивации катализаторов: Срок службы катализаторов, который при правильной эксплуатации может достигать трех лет и более [1], напрямую зависит от их стабильности. Основные угрозы для каталитической активности:

• Отравление сернистыми соединениями: Сера, даже в следовых количествах, является смертельным ядом для никелевых катализаторов. Она необратимо адсорбируется на активных центрах, образуя неактивные сульфиды никеля, что блокирует их доступность для метана.
• Закоксовывание (образование углеродных отложений): При определенных условиях (например, при низком соотношении пара к углероду и высоких температурах) на поверхности катализатора образуются твердые отложения углерода (кокс). Кокс блокирует поры катализатора, снижает его активность и может приводить к разрушению гранул. Для предотвращения закоксовывания критически важно поддерживать оптимальное мольное соотношение пара к углероду (H₂O:CH₄) в диапазоне 2,5:1 — 3,5:1. [1] Это обеспечивает достаточное количество окислителя для предотвращения образования свободного углерода.

Кинетические параметры: Энергия активации основной реакции конверсии метана на никелевом катализаторе составляет около 92 кДж/моль. [1] Эта величина определяет, насколько быстро реакция будет протекать при изменении температуры: чем ниже энергия активации, тем менее чувствительна реакция к температурным колебаниям.

Таблица 1.1. Сравнительная характеристика основных и побочных реакций паровой конверсии метана

Характеристика	Паровая конверсия метана (основная)	Конверсия оксида углерода (побочная)
Уравнение реакции	CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂	CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂
Энтальпия (ΔH°298)	+206,4 до +226 кДж/моль (эндотермическая)	-41,3 до -42,4 кДж/моль (экзотермическая)
Изменение числа молей	Увеличение (2 моля реагентов → 4 моля продуктов)	Без изменения (2 моля реагентов → 2 моля продуктов)
Влияние температуры	Высокая T способствует сдвигу равновесия вправо (продукты)	Низкая T способствует сдвигу равновесия вправо (продукты)
Влияние давления	Низкое P способствует сдвигу равновесия вправо (продукты)	Незначительное влияние на равновесие
Термодинамика (ΔG)	ΔG ≈ -67 кДж/моль при 800 °C (самопроизвольная)	ΔG также отрицательна при рабочих температурах (самопроизвольная)

2. Технологическая схема производства синтез-газа конверсией метана

Производство синтез-газа — это многоступенчатый процесс, требующий тщательной подготовки сырья, оптимизации реакционных условий и эффективной очистки продуктов. Каждая стадия взаимосвязана и критична для получения высококачественного синтез-газа, соответствующего строгим требованиям последующих химических синтезов.

2.1. Подготовка сырья (природного газа)

Качество конечного продукта и долговечность катализаторов напрямую зависят от чистоты исходного сырья. Природный газ, прежде чем попасть в реактор, проходит многоступенчатую подготовку, центральное место в которой занимает глубокая очистка от сернистых соединений.

Двухстадийная сероочистка: Никелевые катализаторы чрезвычайно чувствительны к сере. Даже следовые количества этого элемента необратимо отравляют активные центры, резко снижая активность. Поэтому природный газ подвергается двухстадийной очистке:

1. Гидроочистка (гидрирование): На этой стадии сероорганические соединения, такие как меркаптаны и тиофены, реагируют с водородом (который специально добавляется в поток газа) с образованием сероводорода (H₂S). Реакция протекает на алюмокобальтмолибденовом или алюмоникельмолибденовом катализаторе при температуре 350-400 °C и давлении 2-4 МПа.
2. Адсорбция H₂S: Образовавшийся сероводород удаляется из газовой смеси путем поглощения на твердом сорбенте, чаще всего на основе оксида цинка (например, сорбент ГИАП-10). Процесс адсорбции осуществляется при температуре 390-410 °C (рабочий диапазон 200-500 °C).

После такой глубокой двухстадийной сероочистки остаточное содержание серы в природном газе не превышает 0,1 мг/нм³ [26], что является критически важным для защиты дорогостоящих никелевых катализаторов первичного риформинга.

Предварительный подогрев и смешивание с паром: Очищенный природный газ смешивается с водяным паром. Мольное соотношение пара к метану (H₂O:CH₄) тщательно контролируется и обычно составляет 2,5-3,0:1, хотя может варьироваться до 3-5:1 в зависимости от требований к конечному продукту. Этот избыток пара не только участвует в реакции, но и эффективно предотвращает образование кокса на катализаторе, что является одной из главных причин его дезактивации. Парогазовая смесь затем предварительно подогревается, обычно до 350-524 °C, в конвекционной зоне печи риформинга за счет утилизации тепла дымовых газов. Это повышает общую энергоэффективность процесса.

2.2. Первичный риформинг (паровая конверсия)

Центральным звеном всего производства синтез-газа является стадия первичного риформинга, где происходит основная конверсия метана.

Трубчатая печь риформинга: Главным аппаратом этой стадии является трубчатая печь, представляющая собой массивный вертикальный или горизонтальный цилиндрический аппарат. Внутри печи расположены сотни реакционных труб, вертикально или горизонтально заполненных никелевым катализатором.

• Материалы и конструкция: Реакционные трубы работают в экстремальных условиях высоких температур (до 1000 °C) и агрессивной среды. Поэтому они изготавливаются из жаростойкой высоколегированной стали, такой как ОХ20Н25С2, которая содержит до 25% хрома и 20% никеля. Эти трубы производятся методом центробежного литья, что обеспечивает высокую однородность структуры и прочность материала, критически важную для длительной и безопасной эксплуатации. [29]
• Рабочие параметры: Процесс протекает при температуре 800-1000 °C (наиболее часто 800-920 °C) и давлении от 0,3-2,5 МПа до 3-5 МПа. Типичное рабочее давление в промышленных установках составляет 2,5-4,0 МПа. [29] Выбор повышенного давления обусловлен необходимостью снижения затрат на компримирование газа на последующих стадиях и интенсификацией процесса.
• Катализаторы: Среди распространенных никелевых катализаторов для первичного риформинга на отечественных предприятиях широко используются серии ГИАП-3 и СНК-3. [39]
• Подвод тепла: Поскольку основная реакция эндотермическая, для ее протекания требуется непрерывный подвод большого количества тепла. Это тепло генерируется путем сжигания части природного газа (или отходящих газов) в межтрубном пространстве печи, в так называемой радиантной зоне. Пламя горелок непосредственно обтекает реакционные трубы, передавая им тепло излучением.
• Эффективность: Степень превращения метана на этой стадии достигает 90-97%, что свидетельствует о высокой эффективности процесса.

2.3. Вторичный риформинг (паровоздушная/автотермическая конверсия)

Для достижения более полной конверсии метана и введения азота (если синтез-газ предназначен для производства аммиака) часто используется стадия вторичного риформинга.

• Принцип действия: Процесс осуществляется в шахтном реакторе. Отличие от первичного риформинга заключается в том, что в реактор вместе с парогазовой смесью подается кислород (или воздух, обогащенный кислородом). За счет экзотермической реакции парциального окисления метана (CH₄ + 0,5O₂ → CO + 2H₂) выделяется тепло, которое компенсирует эндотермические реакции паровой конверсии. Это делает процесс автотермическим, то есть самоподдерживающимся по теплу. [21]
• Условия процесса: Вторичный риформинг протекает при еще более высоких температурах (950-1100 °C, иногда до 1250-1300 K) и давлениях (10-12 МПа), что позволяет достичь практически полной конверсии метана.

2.4. Конверсия оксида углерода (CO-конверсия)

После первичного и/или вторичного риформинга в синтез-газе все еще присутствует значительное количество монооксида углерода (CO). Для увеличения выхода водорода и снижения содержания CO, что особенно важно для последующих синтезов (например, аммиака), проводят стадию каталитической конверсии CO водяным паром.

Двухстадийный процесс: Для достижения максимальной конверсии CO процесс обычно двухстадийный:

1. Высокотемпературная конверсия (ВТК): Протекает на среднетемпературном железохромовом катализаторе при 450-500 °C. На этой стадии достигается значительная конверсия CO, но равновесие ограничивает ее полноту.
2. Низкотемпературная конверсия (НТК): Для доведения конверсии до более высокого уровня используют низкотемпературные катализаторы, содержащие соединения меди, цинка, алюминия и хрома. Процесс осуществляется при 200-250 °C. Понижение температуры и увеличение содержания водяного пара смещают равновесие реакции CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ в сторону образования водорода и диоксида углерода, что позволяет достичь очень низких остаточных концентраций CO.

2.5. Очистка конвертированного газа

Полученный после CO-конверсии газ содержит значительные количества диоксида углерода (CO₂) и остаточные количества CO. Для приведения его в соответствие с требованиями потребителей требуется многоступенчатая очистка.

1. Удаление диоксида углерода (CO₂): Наиболее распространенным методом является абсорбция CO₂ растворами моноэтаноламина (МЭА) или поташа (K₂CO₃). CO₂ растворяется в этих абсорбентах, а затем выделяется из них при нагревании и используется, например, в производстве карбамида, или же может быть направлен на углекислотную конверсию метана для получения дополнительного синтез-газа, что повышает общую эффективность производства.
2. Тонкая очистка от оксида углерода (метанирование): Для защиты особо чувствительных к CO катализаторов (например, в синтезе аммиака) оставшиеся малые количества CO и CO₂ конвертируются в метан и воду. Это происходит на никельалюминиевом катализаторе при 250-350 °C. Реакции метанирования:
   CO + 3H₂ → CH₄ + H₂O
CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O
   Этот процесс позволяет снизить содержание CO и CO₂ до долей миллионных долей, обеспечивая необходимую чистоту синтез-газа.
3. Осушка: На заключительной стадии проводится осушка газа для удаления остаточного водяного пара, что предотвращает коррозию оборудования и ухудшение характеристик продукта.

Таблица 2.1. Основное оборудование и параметры стадий производства синтез-газа

Стадия	Основное оборудование	Типичные условия	Примечания
Подготовка сырья	Реактор гидроочис��ки, адсорберы сероочистки	T = 350-410 °C, P = 2-4 МПа, H₂O:CH₄ = 2,5-3,0:1	Остаточное S < 0,1 мг/нм³. Предотвращение отравления катализатора.
Первичный риформинг	Трубчатая печь (реактор первичного риформинга)	T = 800-920 °C, P = 2,5-4,0 МПа	Жаростойкие стали (ОХ20Н25С2), Ni-катализаторы (ГИАП-3, СНК-3).
Вторичный риформинг	Шахтный реактор	T = 950-1100 °C, P = 10-12 МПа	Подача O₂/воздуха. Автотермический процесс. Доконверсия метана.
CO-конверсия (ВТК)	Реактор конверсии	T = 450-500 °C	Железохромовый катализатор. Увеличение H₂.
CO-конверсия (НТК)	Реактор конверсии	T = 200-250 °C	Медьсодержащий катализатор. Максимальная конверсия CO.
Удаление CO₂	Абсорберы	—	МЭА/поташ. Утилизация CO₂ для карбамида.
Метанирование	Реактор метанирования	T = 250-350 °C	NiAl-катализатор. Тонкая очистка от CO/CO₂. Защита последующих катализаторов.
Осушка	Осушители (адсорбционные)	—	Удаление влаги.

3. Применение синтез-газа и альтернативные методы его получения

Синтез-газ, эта уникальная смесь монооксида углерода и водорода, является одним из самых универсальных строительных блоков в современной химической промышленности. Его значимость трудно переоценить, поскольку он служит отправной точкой для производства огромного числа ценных продуктов, а также является ключевым компонентом в энергетических процессах.

3.1. Основные направления использования синтез-газа

Синтез-газ — это не просто смесь газов, это стратегически важный сырьевой ресурс, определяющий эффективность и конкурентоспособность целых промышленных отраслей:

• Производство водорода: Паровой риформинг метана по праву считается наиболее распространенным и экономичным способом получения промышленного водорода. В 2023 году производство водорода в России достигло около 5 млн тонн в год, и большая часть этого объема приходится именно на метод паровой конверсии метана. [25] Водород незаменим в нефтепереработке (гидроочистка, гидрокрекинг), электронной промышленности, пищевой промышленности и как перспективный энергоноситель.
• Синтез аммиака (NH₃): Для производства аммиака по процессу Габера-Боша требуется синтез-газ со строго стехиометрическим соотношением водорода к азоту (H₂:N₂ = 3:1). Азот вводится на стадии вторичного риформинга или последующих стадиях путем добавления воздуха. Аммиак, в свою очередь, является основой для производства удобрений и многих других азотсодержащих соединений.
• Синтез метанола (CH₃OH): Метанол, являющийся ценным растворителем, добавкой к топливам и сырьем для множества органических синтезов, также производится из синтез-газа. Для этого синтеза оптимальное соотношение H₂:CO составляет приблизительно 2:1.
• Синтез Фишера-Тропша: Этот процесс позволяет получать жидкие углеводороды различного фракционного состава из синтез-газа, которые затем могут быть переработаны в синтетические моторные топлива (бензин, дизельное топливо) или смазочные материалы. Для синтеза Фишера-Тропша также требуется синтез-газ с соотношением H₂:CO около 2:1.
• Оксосинтез (гидроформилирование): Процесс, используемый для получения альдегидов, а затем и спиртов, из олефинов и синтез-газа. Альдегиды и спирты широко применяются в производстве пластмасс, растворителей и поверхностно-активных веществ.
• Производство диметилового эфира (ДМЭ), уксусной и муравьиной кислот и других кислородсодержащих соединений.
• Восстановительный газ в металлургии: Синтез-газ может использоваться для прямого восстановления железа из руд, что является более экологичной альтернативой доменному процессу.
• Топливо: В некоторых случаях синтез-газ может быть преобразован в синтетический природный газ (SNG), который является полноценной заменой природному газу и может подаваться в существующие газотранспортные сети.

3.2. Альтернативные методы производства синтез-газа

Хотя паровая конверсия метана доминирует, существуют и другие промышленные методы получения синтез-газа, каждый из которых имеет свои преимущества и специфику применения:

• Парциальное (частичное) окисление метана: Это экзотермический процесс, при котором метан взаимодействует с недостаточным количеством кислорода (или воздуха) при очень высоких температурах:
  CH₄ + 0,5O₂ → CO + 2H₂.
  Процесс проводится при температурах выше 1300 °C, часто достигая 1600 °C, и может протекать как без катализатора (высокотемпературное окисление), так и с применением специальных катализаторов. Преимущество метода — отсутствие необходимости во внешнем подводе тепла.
• Углекислотная конверсия метана (сухой риформинг): Этот эндотермический процесс использует диоксид углерода в качестве окислителя:
  CH₄ + CO₂ ⇌ 2CO + 2H₂; ΔH°298 = +247,6 до +264 кДж/моль.
  Полученный синтез-газ характеризуется соотношением H₂:CO ≈ 1:1, что делает его идеальным для синтеза диметилового эфира или некоторых других химических продуктов. Метод имеет экологическое преимущество, утилизируя CO₂.
• Автотермическая конверсия метана (АТК): Это комбинированный процесс, который сочетает в себе элементы паровой конверсии и парциального окисления. В реакционную зону, помимо водяного пара, подается кислород. Тепло, выделяющееся от экзотермического парциального окисления, компенсирует эндотермические реакции паровой конверсии, делая процесс автотермическим. АТК позволяет гибко варьировать соотношение H₂/CO в синтез-газе от 1,5 до 2,5 [21, 35], что делает его универсальным для различных последующих синтезов.
• Газификация угля: Исторически один из первых методов получения синтез-газа. Уголь реагирует с водяным паром (часто с парокислородным дутьем) при высоких температурах:
  C + H₂O → H₂ + CO.
  Этот метод актуален в регионах с богатыми запасами угля и позволяет использовать альтернативное углеводородное сырье.
• Плазменная газификация отходов и сырья: Современный и перспективный метод, который позволяет перерабатывать различные виды углеводородного сырья и отходов в синтез-газ. Процесс проводится при экстремально высоких температурах, достигающих 2000-5000 °C [33], что обеспечивает практически полную конверсию органической фракции и минимизацию вредных выбросов.

Таблица 3.1. Сравнение методов получения синтез-газа

Метод	Реакция	ΔH, кДж/моль	H₂:CO соотношение	Особенности
Паровая конверсия метана (ПКМ)	CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂	+206,4..+226	~3:1	Эндотермический, требует Ni-катализатора, избыток пара
Парциальное окисление метана (ПОМ)	CH₄ + 0,5O₂ → CO + 2H₂	Экзотермический	~2:1	Высокие T (>1300 °C), может быть без катализатора
Углекислотная конверсия метана (УКМ)	CH₄ + CO₂ ⇌ 2CO + 2H₂	+247,6..+264	~1:1	Эндотермический, утилизация CO₂, Ni-катализатор
Автотермическая конверсия метана (АТК)	Комбинированный (ПКМ + ПОМ)	Автотермический	1,5:1 – 2,5:1	Самоподдерживающийся, гибкое соотношение H₂/CO
Газификация угля	C + H₂O → H₂ + CO	Эндотермический	Варьируется	Использование твердого топлива, исторический метод
Плазменная газификация	Разложение при высоких T	Варьируется	Варьируется	Очень высокие T (2000-5000 °C), для отходов

4. Материальный баланс и экономические аспекты производства синтез-газа

Эффективность любого химического производства, включая получение синтез-газа, неразрывно связана с глубоким пониманием двух ключевых аспектов: материального баланса, который позволяет отследить движение вещества, и экономических показателей, определяющих финансовую жизнеспособность процесса.

4.1. Методика расчета материального баланса

Материальный баланс — это фундаментальный расчет, основанный на законах сохранения массы вещества и каждого из химических элементов. Для процесса паровой конверсии метана он позволяет количественно оценить расход сырья, выход продуктов и количество отходов на каждой стадии.

Принципы расчета:

1. Закон сохранения массы: Общая масса веществ, поступающих в систему, равна общей массе веществ, выходящих из системы, плюс/минус изменение массы внутри системы (например, при накоплении или расходовании запасов).
2. Закон сохранения элементов: Масса каждого химического элемента (углерода, водорода, кислорода) на входе в систему должна быть равна массе этого же элемента на выходе.

Для моделирования процесса и расчета состава продуктов необходимо учитывать не только основную реакцию паровой конверсии метана (CH₄ + H₂O ⇌ CO + 3H₂), но и сопутствующие реакции, такие как конверсия оксида углерода (CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂), а также реакции образования кокса (например, 2CO ⇌ C + CO₂, или CH₄ ⇌ C + 2H₂).

Алгоритм расчета:

• Определяются исходные потоки: состав и расход природного газа, расход водяного пара.
• Учитываются равновесные степени конверсии метана и оксида углерода, которые зависят от температуры, давления и соотношения реагентов на каждой стадии. Эти данные обычно получают из кинетических исследований или термодинамических расчетов.
• Рассчитывается состав и количество газовой смеси после каждой реакционной стадии (первичный риформинг, вторичный риформинг, CO-конверсия).
• Учитываются потери на очистку (например, удаление CO₂, метанирование).

Пример оптимальных соотношений: Для получения синтез-газа заданного состава, например, с определенным соотношением водорода и оксидов углерода, оптимизируются соотношения исходных реагентов. Например, для некоторых процессов это может быть мольное соотношение CH₄:H₂O:CO₂ = 1:3,3:0,24 [31]. Такие соотношения помогают не только достичь нужного состава продукта, но и минимизировать побочные реакции, такие как закоксовывание.

4.2. Экономические показатели эффективности производства

Экономическая эффективность определяет конкурентоспособность и рентабельность производства. Для получения синтез-газа ключевыми являются следующие группы затрат:

• Затраты на сырье: Это наиболее значительная статья расходов. В крупнотоннажных производствах природный газ составляет до 70-80% от общих эксплуатационных затрат на производство синтез-газа [28]. Кроме метана, сюда входят затраты на водяной пар, а также на закупку и регенерацию катализаторов.
• Затраты на энергию: Процесс паровой конверсии метана является высокоэнергоемким из-за эндотермичности основной реакции. Значительное количество тепла требуется для нагрева реакционных труб в печи риформинга. Эти затраты включают стоимость топлива (часто часть природного газа), потребляемого для сжигания в радиантной зоне печи, а также электроэнергии для работы компрессоров, насосов и другого оборудования.
  • Снижение энергозатрат: Применение автотермических процессов, где тепло от экзотермического парциального окисления компенсирует эндотермическую паровую конверсию, позволяет существенно снизить потребность во внешнем подводе тепла. Это может уменьшить удельное потребление топлива на 15-25% по сравнению с чисто паровой конверсией. [34]
  • Утилизация тепла: Современные установки максимально используют системы утилизации тепла (котлы-утилизаторы), что позволяет рекуперировать до 90-97% тепла дымовых газов и горячих продуктов реакции для производства пара высокого давления, который затем используется в турбинах или для технологических нужд. Это значительно повышает общую тепловую эффективность процесса.
• Капитальные затраты: Это инвестиции в строительство и оснащение производства. Наиболее капиталоемкими элементами являются:
  • Трубчатая печь первичного риформинга (из-за сложной конструкции и использования дорогостоящих жаростойких сталей).
  • Шахтные реакторы вторичного риформинга.
  • Установки глубокой очистки газа (абсорберы, колонны, системы регенерации растворов).
  • Компрессорное оборудование.
• Эксплуатационные расходы: Включают:
  • Оплата труда персонала: Заработная плата операторов, инженеров, ремонтных бригад.
  • Техническое обслуживание и ремонт оборудования: Регулярные инспекции, планово-предупредительные ремонты.
  • Замена катализаторов: Хотя катализаторы имеют длительный срок службы, их периодическая замена является значительной статьей расходов. Использование современных высокостабильных катализаторов способствует снижению этих затрат и увеличению межремонтного пробега. Например, увеличение срока службы катализатора с трех до пяти лет может сократить затраты на его замену и простои оборудования на 10-15%. [27]
  • Потребление коммунальных ресурсов: Вода, электроэнергия, тепло.

Таблица 4.1. Основные экономические показатели производства синтез-газа

Категория затрат	Описание	Доля в эксплуатационных затратах*	Пути оптимизации
Сырье	Природный газ, водяной пар, катализаторы	70-80%	Выбор оптимального соотношения реагентов, стабильные катализаторы
Энергия	Топливо для риформера, электроэнергия для компрессоров	Высокая	Автотермические процессы, утилизация тепла (90-97% эффективность)
Капитальные затраты	Печь риформинга, реакторы, очистные установки, компрессоры	Значительные инвестиции	Модернизация оборудования, интенсификация процессов
Эксплуатационные расходы	Оплата труда, ТО, ремонт, замена катализаторов	Варьируется	Высокостабильные катализаторы (срок службы 3-5 лет и более)

* Доля в общих эксплуатационных затратах может варьироваться в зависимости от конкретных условий и цен на сырье.

5. Организационная структура и эффективность крупнотоннажных производств

Производство синтез-газа в современном мире редко существует в изоляции. Чаще всего оно интегрировано в сложную структуру крупных химических комплексов, где его эффективность напрямую влияет на работу последующих производственных цепочек. Понимание этой организационной взаимосвязи критически важно для анализа общей производительности предприятия.

5.1. Место производства синтез-газа в структуре предприятия

Крупнотоннажные химические предприятия, специализирующиеся на выпуске синтез-газа, как правило, являются неотъемлемой частью более масштабных производственных комплексов. Они могут быть интегрированы в заводы по производству аммиака, метанола, карбамида или других продуктов, где синтез-газ служит основным сырьем.

• Преимущества интеграции: Такая интеграция обеспечивает значительные экономические и логистические выгоды. Она позволяет сократить затраты на транспортировку газа, оптимизировать использование ресурсов (например, отходящих газов в качестве топлива, уловленного CO₂ для производства карбамида) и создать замкнутые циклы производства, что повышает общую эффективность и снижает негативное воздействие на окружающую среду.
• Масштабы производства: Современные крупнотоннажные установки паровой конверсии метана способны производить до 200-300 тысяч нормальных кубических метров синтез-газа в час [28], что эквивалентно более 1000 тонн водорода в сутки. Такие мощности требуют высокоорганизованной структуры управления и эксплуатации.
• Требования к качеству продукта: Производства-потребители предъявляют чрезвычайно строгие требования к составу и чистоте синтез-газа. Например, для синтеза аммиака допустимое содержание кислородсодержащих соединений (CO, CO₂) не должно превышать 0,002% [28]. Любое отклонение от этих стандартов может привести к отравлению катализаторов в последующих синтезах, снижению их активности и серьезным экономическим потерям. Для обеспечения такой высокой чистоты требуются многоступенчатые и дорогостоящие процессы очистки, что усложняет технологическую схему и увеличивает как капитальные, так и эксплуатационные затраты.

5.2. Факторы повышения эффективности производства

Эффективность крупнотоннажного производства синтез-газа — это не только технологический, но и организационный вызов, требующий постоянной оптимизации. Каким образом можно достичь максимальной производительности при минимизации затрат и воздействия на окружающую среду?

• Энергетическая эффективность и утилизация тепла: Из-за высокой эндотермичности процесса паровой конверсии, энергетическая эффективность является одним из самых критически важных факторов. Современные предприятия активно используют системы утилизации тепла, такие как котлы-утилизаторы. Они позволяют рекуперировать до 85-90% тепла дымовых газов и горячих продуктов реакции, преобразуя его в пар высокого давления. Этот пар затем используется для привода турбин (производство электроэнергии) или для технологических нужд других цехов, что значительно повышает общую энергоэффективность предприятия и снижает потребление внешних энергоресурсов.
• Выбор и срок службы катализаторов: Катализаторы являются сердцем реакционного процесса. Их выбор, стабильность и долговечность напрямую влияют на производительность установки и интервалы между ремонтами. Дезактивация катализатора ведет к снижению конверсии, увеличению расхода сырья и, в конечном итоге, к необходимости его замены, что влечет за собой остановку производства и значительные затраты. Поэтому инвестиции в разработку и применение высокоэффективных и долговечных катализаторов окупаются многократно.
• Развитие реакторных технологий: Инновации в реакторных технологиях играют ключевую роль в повышении эффективности.
  • Микрореакторы: Эти компактные устройства, характеризующиеся высокой поверхностью тепломассообмена, позволяют значительно интенсифицировать процесс и снизить капитальные затраты на 20-30% за счет уменьшения размеров аппаратов и повышения эффективности тепломассообмена. [36] Они открывают новые перспективы для модульных производств.
  • Автотермические режимы: Как уже упоминалось, автотермическая конверсия позволяет использовать тепло экзотермического парциального окисления для компенсации эндотермической паровой конверсии. Это снижает зависимость от внешнего подвода тепла и уменьшает эксплуатационные расходы.
  • Интеграция процессов: Разработка интегрированных реакторных систем, сочетающих несколько стадий в одном аппарате, также способствует повышению эффективности и снижению инвестиций.

Таблица 5.1. Факторы эффективности крупнотоннажных производств синтез-газа

Фактор	Влияние на эффективность	Количественные показатели
Интеграция производства	Снижение логистических затрат, оптимизация ресурсов	Сокращение затрат на транспортировку, использование отходов
Масштаб производства	Эффект масштаба, снижение удельных затрат	До 300 тыс. нм³/ч синтез-газа, >1000 тонн H₂/сутки
Энергетическая эффективность	Снижение эксплуатационных затрат	Рекуперация тепла до 85-90%, снижение потребления топлива
Качество катализаторов	Поддержание производительности, снижение простоев	Увеличение срока службы (3-5 лет) снижает затраты на 10-15%
Новые реакторные технологии	Интенсификация процесса, снижение капитальных затрат	Микрореакторы: снижение кап. затрат на 20-30%
Чистота синтез-газа	Защита последующих катализаторов, качество конечного продукта	<0,002% кислородсодержащих для NH₃-синтеза

6. Охрана труда и экологическая безопасность производства синтез-газа

Производство синтез-газа, как и любое крупное химическое производство, сопряжено с определенными рисками для окружающей среды и персонала. Комплексный подход к охране труда и экологической безопасности является не просто требованием законодательства, но и неотъемлемой частью ответственного и устойчивого функционирования предприятия.

6.1. Меры по охране окружающей среды

Производство синтез-газа, несмотря на его важность, имеет свой «углеродный след» и другие экологические аспекты, которые требуют внимательного контроля и минимизации.

• Выбросы в атмосферу: Основными загрязнителями атмосферы являются диоксид углерода (CO₂) и оксиды азота (NOₓ). CO₂ образуется как в результате основной реакции (при CO-конверсии), так и при сжигании природного газа для обогрева печей риформинга. NOₓ образуются при высоких температурах горения в печах. Типичные удельные выбросы CO₂ при производстве синтез-газа паровой конверсией метана составляют порядка 0,8-1,0 тонны CO₂ на тонну синтез-газа. [38]
• Улавливание и утилизация CO₂: Важной мерой является не только предотвращение выбросов, но и утилизация образующегося CO₂. Диоксид углерода, выделяемый на стадии очистки, может быть уловлен и направлен на полезное использование, например, в производстве карбамида. Также CO₂ может быть использован в процессе углекислотной конверсии метана для получения дополнительного синтез-газа, что способствует циркулярной экономике.
• Сероочистка: Глубокая очистка природного газа от сернистых соединений перед подачей на конверсию не только защищает катализаторы, но и предотвращает выбросы сернистых оксидов (SOₓ), которые являются причиной кислотных дождей и смога.
• Рациональное использование ресурсов: Вместо сжигания попутного нефтяного газа на факелах (что приводит к значительным выбросам метана и CO₂), его конверсия в синтез-газ является гораздо более экологически чистым и экономически выгодным подходом.
• Энергоэффективность: Использование энергоэффективных аппаратов, оптимизация технологических параметров и широкое применение систем утилизации тепла снижают общее потребление топлива и, как следствие, уменьшают углеродный след производства. Комплексная утилизация тепла и оптимизация технологических параметров позволяют снизить углеродный след производства синтез-газа на 10-20%. [38]

6.2. Требования промышленной безопасности и охраны труда

Производство синтез-газа — это высокотемпературный и высоконапорный процесс, работающий с горючими и токсичными газами, что требует строжайшего соблюдения правил безопасности.

• Работа при высоких температурах и давлениях: Реакционные трубы трубчатых печей эксплуатируются при температурах до 900 °C и высоких давлениях. Оборудование должно быть изготовлено из жаростойких и высокопрочных материалов (например, хромоникелевых сталей), способных выдерживать экстремальные условия без деформации и разрушения. Регулярный контроль состояния труб, сварных швов и арматуры является обязательным.
• Опасность взрыва и пожара: Метан, водород и монооксид углерода являются легковоспламеняющимися газами, образующими взрывоопасные смеси с воздухом. Необходимы:
  • Строгий контроль герметичности всего оборудования, трубопроводов и арматуры.
  • Эффективная система приточно-вытяжной вентиляции в производственных помещениях.
  • Наличие автоматических систем пожаротушения (водяные завесы, пеноподавление).
  • Системы аварийного отключения и сброса давления.
  • Использование искробезопасного инструмента и оборудования.
• Токсичность оксида углерода (CO): Монооксид углерода является чрезвычайно токсичным газом, не имеющим цвета и запаха, что делает его особенно опасным. При вдыхании он связывается с гемоглобином крови, препятствуя транспорту кислорода. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) оксида углерода (CO) в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³. [37] Требуется непрерывный автоматический мониторинг концентрации CO в воздухе рабочей зоны с системой звуковой и световой сигнализации, а также обязательное использование средств индивидуальной защиты (противогазы с фильтрами, самоспасатели) при проведении работ.
• Предотвращение закоксовывания катализатора: Отложения кокса на катализаторе могут не только снижать его активность, но и приводить к локальным перегревам реакционных труб, что чревато их разрушением и выбросом горячих газов. Контроль оптимального соотношения пара к углероду и поддержание заданных температурных режимов критически важны для обеспечения стабильной и безопасной работы. Предусмотрены автоматические системы защиты, осуществляющие аварийные остановки агрегата при критическом снижении соотношения пара к углероду для предотвращения выделения свободного углерода и повреждения оборудования.
• Обращение с катализаторами: Отработанные катализаторы, особенно никелевые, могут содержать токсичные компоненты. Их утилизация и регенерация должны производиться в соответствии со строгими экологическими нормами. Отработанные никелевые катализаторы обычно подвергаются регенерации для восстановления активности или специализированной утилизации с извлечением ценных металлов, предотвращая их попадание в окружающую среду.

Таблица 6.1. Основные риски и меры безопасности при производстве синтез-газа

Риск	Источник опасности	Меры по предотвращению/минимизации
Выбросы CO₂	Сжигание топлива, побочный продукт	Улавливание и утилизация (карбамид, УКМ), энергоэффективность (снижение на 10-20% УС)
Выбросы NOₓ	Сжигание топлива	Оптимизация режимов горения, снижение T горения
Выбросы SOₓ	Недостаточная сероочистка сырья	Глубокая двухстадийная сероочистка (<0,1 мг/нм³ S)
Взрыво- и пожароопасность	Метан, H₂, CO	Контроль герметичности, вентиляция, пожаротушение, АСУТП, искробезопасный инструмент
Токсичность CO	Продукт реакции	Непрерывный мониторинг (ПДК 20 мг/м³), СИЗ, аварийная сигнализация
Закоксовывание	Неоптимальное H₂O:CH₄, T	Контроль соотношения пара к метану (2,5-3,5:1), АСУТП аварийной остановки
Работа при высоких T и P	Реакторы, трубы риформинга	Жаростойкие стали (ОХ20Н25С2), регулярный контроль оборудования
Отработанные катализаторы	Токсичные компоненты (никель)	Регенерация, специализированная утилизация с извлечением металлов

Заключение

Производственная практика по теме «Получение синтез-газа конверсией метана водяным паром» позволила глубоко погрузиться в сложный, но исключительно важный процесс современной химической промышленности. В рамках данного отчета была проведена систематизация и детальный анализ всех ключевых аспектов, начиная от фундаментальных физико-химических основ и заканчивая вопросами экологической и промышленной безопасности.

Было установлено, что в основе процесса лежит эндотермическая реакция паровой конверсии метана и сопутствующая экзотермическая конверсия оксида углерода, термодинамическая вероятность которых подтверждается отрицательными значениями свободной энергии Гиббса при рабочих температурах. Особое внимание уделено роли катализаторов (в основном никелевых на носителе Ni/Al₂O₃) с промоторами, которые в 10⁴–10⁵ раз ускоряют достижение равновесия и повышают селективность, а также критической важности предотвращения их дезактивации из-за отравления серой и закоксовывания.

Детально рассмотрена многостадийная технологическая схема производства, включающая глубокую двухстадийную сероочистку природного газа (с остаточным содержанием серы менее 0,1 мг/нм³), первичный риформинг в трубчатых печах из жаростойкой стали ОХ20Н25С2 при 800-920 °C и давлении 2,5-4,0 МПа, вторичный риформинг (при необходимости) в автотермическом режиме, двухстадийную CO-конверсию и многоступенчатую очистку газа (удаление CO₂ абсорбцией, метанирование для тонкой очистки).

Синтез-газ подтвердил свою роль универсального сырьевого компонента для производства водорода (более 5 млн тонн/год в России), аммиака, метанола, синтетических топлив по Фишеру-Тропшу и множества других органических соединений. Проанализированы альтернативные методы получения синтез-газа, такие как парциальное окисление, углекислотная и автотермическая конверсия, а также газификация угля и плазменная газификация отходов, каждый из которых имеет свои технологические и экономические ниши.

Экономический анализ выявил, что затраты на сырье (природный газ) составляют до 70-80% эксплуатационных расходов, а энергетические затраты значительны из-за эндотермичности процесса. Подчеркнута роль автотермических процессов и систем утилизации тепла (до 90-97% рекуперации) в снижении удельного потребления топлива на 15-25% и повышении общей рентабельности. Капитальные затраты значительны, особенно на печи риформинга и установки очистки.

В контексте организационной структуры отмечена интеграция производств синтез-газа в крупные химические комплексы, что обеспечивает синергетический эффект. Рассмотрены факторы повышения эффективности, включая масштабы производства (до 200-300 тыс. нм³/ч синтез-газа), требования к чистоте продукта (менее 0,002% кислородсодержащих для аммиака) и перспективы новых реакторных технологий, таких как микрореакторы, способных снизить капитальные затраты на 20-30%.

Вопросы охраны труда и экологической безопасности были выделены как приоритетные. Были проанализированы основные источники выбросов (0,8-1,0 тонны CO₂ на тонну синтез-газа, NOₓ), а также методы их минимизации и утилизации (улавливание CO₂ для карбамида, снижение углеродного следа на 10-20% за счет энергоэффективности). В сфере промышленной безопасности акцентировано внимание на опасностях работы при высоких температурах и давлениях, взрыво- и пожароопасности газов, токсичности оксида углерода (ПДК 20 мг/м³) и необходимости строгого контроля закоксовывания и безопасного обращения с отработанными катализаторами.

Полученные знания и проведенный анализ имеют огромное значение для будущей инженерной деятельности, позволяя не только понимать технологические нюансы, но и принимать обоснованные решения в области оптимизации, безопасности и устойчивого развития химических производств.

Список использованных источников

1. КИНЕТИКА КОНВЕРСИИ МЕТАНА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ НА КЕРМЕТНОМ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕМ КАТАЛИЗАТОРЕ Текст научной статьи по специальности «Химические науки» | https://cyberleninka.ru/article/n/kinetika-konversii-metana-s-vodyanym-parom-na-kermetnom-nikelsoderzhaschem-katalizatore
2. Низкотемпературная паровая конверсия природного газа в метано-водородные смеси | https://cyberleninka.ru/article/n/nizkotemperaturnaya-parovaya-konversiya-prirodnogo-gaza-v-metano-vodorodnye-smesi
3. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА (БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА) — РЕПОЗИТОРИЙ ТОЛЬЯТТИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА | https://repo.tltsu.ru/handle/4515/3400
4. Выпускная квалификационная работа | https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/103138/1/sk_2021_044.pdf
5. конверсия метана на катализаторах, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза — Катализ в промышленности | https://cyberleninka.ru/article/n/konversiya-metana-na-katalizatorah-poluchennyh-metodom-samorasprostranyayuschegosya-vysokotemperaturnogo-sinteza
6. ПАРОВАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА И ПИРОЛИЗ МЕТАНА С ЗАХОРОНЕНИЕМ И УЛАВЛИВАНИЕМ CO2 НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБЪЕКТЕ | Международный научно-исследовательский журнал | https://cyberleninka.ru/article/n/parovaya-konversiya-metana-i-piroliz-metana-s-zahoroneniem-i-ulavlivaem-co2-na-energeticheskom-ob-ekte
7. Термодинамика паровой конверсии метана Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии» — КиберЛенинка | https://cyberleninka.ru/article/n/termodinamika-parovoy-konversii-metana
8. TIPS RAS — Group 31 — ИНХС РАН | http://www.tips.ru/archive/tips31/mahlin.pdf
9. Кинетика углекислотной конверсии метана — Способы получения оксида углерода и синтез-газа — studwood | https://studwood.net/1435773/tehnika/kinetika_uglekislotnoy_konversii_metana
10. химическая промышленность новости сегодня — Neftegaz.RU | https://neftegaz.ru/news/chemistry/
11. Углекислотная конверсия метана в синтез-газ | https://www.chem.msu.ru/rus/jvho/2000/3/19.pdf
12. Реакции метана и водяного газа, Образование метана, Дегидрирование метана, Конверсия метана парами воды, Конверсия метана диоксидом углерода — Теория горения и взрыва — Studme.org | https://studme.org/168449/tehnika/reaktsii_metana_vodyanogo_gaza
13. RU2650495C1 — Катализатор для паровой конверсии углеводородов — Google Patents | https://patents.google.com/patent/RU2650495C1/ru
14. запишите уравнение реакции получения водорода конверсией водяных паров с метаном — ответ на Uchi.ru | https://content.uchi.ru/answer/672778
15. Файл: 1 Теоретические основы паровой конверсии метана.docx | https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/%D0%9E%D1%82%D1%87%D0%B5%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B5.docx
16. Паровая конверсия метана, получение синтез-газа — Acetyl | https://acetyl.ru/parovaya-konversiya-metana-poluchenie-sintez-gaza.html
17. Журнал физической химии, 2020, T. 94, № 9, стр. 1437-1440 | https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44465547
18. Паровая конверсия — Википедия | https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%B8%D1%8F
19. Синтез-газ — портал ПроНПЗ | https://pronz.ru/articles/sintez-gaz
20. Общая химическая технология. Лекция №5. Производство технологических газов. Технология связанного азота. | https://e.lanbook.com/reader/book/20919/#5.2.1
21. ИЗБРАННЫЕ ГЛАВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ (вып 2) | https://e.lanbook.com/reader/book/70104/#2.1
22. Раздел 5. Реализация основных принципов разработки и организации хтс на примерах конкретных производств. | https://e.lanbook.com/reader/book/18973/#5.1
23. 2022-2023_m22_04_02-ММХм-22_64_plx_Современные методы получения синтез-газа | https://storage.seversu.ru/archive/1/m22_04_02-mhm-22_64_plx_sovremennye_metody_polucheniya_sintez-gaza-1676451000.pdf
24. Выпускная квалификационная работа (Тимофеев В.С., Серафимов Л.А. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза) | https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/103138/1/sk_2021_044.pdf
25. Российские химики: производство водорода в России к 2030 году превысит 10 млн тонн // neftegaz.ru | https://neftegaz.ru/news/chemistry/786435-rossiyskie-khimiki-proizvodstvo-vodoroda-v-rossii-k-2030-godu-prevysit-10-mln-tonn/
26. ОЧИСТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ // elibrary.ru | https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30009641
27. Повышение эффективности процесса получения синтетических жидких углеводородов из природного газа // dissercat.com | https://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-protsessa-polucheniya-sinteticheskikh-zhidkikh-uglevodorodov-iz-pri
28. Производство синтез-газа и продуктов на его основе // e.lanbook.com | https://e.lanbook.com/book/13323
29. ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА // khstu.ru | https://www.khstu.ru/upload/documents/science/publications/monographs/Sinyakov_V_A_Fiziko-himicheskie_osnovy_processov_konversii_prirodnogo_gaza_2015.pdf
30. Получение синтез-газа газификацией угля и углекислотной конверсией метана. Процесс Фишера-Тропша // researchgate.net | https://www.researchgate.net/publication/334208226_Polucenie_sintez-gaza_gazifikaciej_ugla_i_uglekislotnoj_konversiej_metana_Process_Fisera-Tropsa
31. Моделирование паровой конверсии метана // cyberleninka.ru | https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-parovoy-konversii-metana
32. Термодинамика паровой конверсии метана // cyberleninka.ru | https://cyberleninka.ru/article/n/termodinamika-parovoy-konversii-metana
33. Плазменная газификация: возможности и перспективы // studme.org | https://studme.org/168449/tehnika/plazmennaya_gazifikatsiya_vozmozhnosti_perspektivy
34. Эффективный метод получения синтез-газа паровой и пароуглекислотной конверсии метана // dslib.net | https://dslib.net/xim-texnologia/effektivnyj-metod-poluchenija-sintez-gaza-parovoj-i-parouglekislotnoj.html
35. Современные методы получения синтез-газа // storage.seversu.ru | https://storage.seversu.ru/archive/1/m22_04_02-mhm-22_64_plx_sovremennye_metody_polucheniya_sintez-gaza-1676451000.pdf
36. Синтез-газ и химические продукты на его основе // old.kpfu.ru | https://old.kpfu.ru/docs/F945237775/sintez-gaz.pdf
37. ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны // docs.cntd.ru | https://docs.cntd.ru/document/9002241
38. ПАРОВАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА И ПИРОЛИЗ МЕТАНА С ЗАХОРОНЕНИЕМ И УЛАВЛИВАНИЕМ CO2 НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБЪЕКТЕ // cyberleninka.ru | https://cyberleninka.ru/article/n/parovaya-konversiya-metana-i-piroliz-metana-s-zahoroneniem-i-ulavlivaem-co2-na-energeticheskom-ob-ekte
39. Катализаторы для паровой конверсии метана: обзор и перспективы // cyberleninka.ru | https://cyberleninka.ru/article/n/katalizatory-dlya-parovoy-konversii-metana-obzor-i-perspektivy

Приложения

{Возможные схемы, графики, таблицы, расчеты материального баланса и т.д.}

Список использованной литературы

1. Кирьянова, З. В. Теория бухгалтерского учёта. Москва : Финансы и статистика, 1999.
2. Лебедев, Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Москва : Химия, 1988.
3. Медведев, В. С. Охрана труда и противопожарная защита в химической промышленности. Москва : Химия, 1989.
4. Мухлёнов, И. П. Основы химической технологии. Москва : Высшая школа, 1983.
5. Потапов, В. М. Органическая химия, 1998.
6. Прокофьев, А. П. Экономика организации и планирование производства в химической промышленности. Москва : Химия, 1986.
7. Путилов, А. В. Охрана окружающей среды. Москва : Химия, 1991.
8. Юкельсон. Технология основного органического синтеза. Москва : Химия, 1985.
9. КИНЕТИКА КОНВЕРСИИ МЕТАНА С ВОДЯНЫМ ПАРОМ НА КЕРМЕТНОМ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕМ КАТАЛИЗАТОРЕ. Текст научной статьи по специальности «Химические науки». URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kinetika-konversii-metana-s-vodyanym-parom-na-kermetnom-nikelsoderzhaschem-katalizatore (дата обращения: 03.11.2025).
10. Низкотемпературная паровая конверсия природного газа в метано-водородные смеси. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/nizkotemperaturnaya-parovaya-konversiya-prirodnogo-gaza-v-metano-vodorodnye-smesi (дата обращения: 03.11.2025).
11. ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА (БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА) — РЕПОЗИТОРИЙ ТОЛЬЯТТИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА. URL: https://repo.tltsu.ru/handle/4515/3400 (дата обращения: 03.11.2025).
12. Выпускная квалификационная работа. URL: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/103138/1/sk_2021_044.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
13. Конверсия метана на катализаторах, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Катализ в промышленности. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/konversiya-metana-na-katalizatorah-poluchennyh-metodom-samorasprostranyayuschegosya-vysokotemperaturnogo-sinteza (дата обращения: 03.11.2025).
14. ПАРОНОВАЯ КОНВЕРСИЯ МЕТАНА И ПИРОЛИЗ МЕТАНА С ЗАХОРОНЕНИЕМ И УЛАВЛИВАНИЕМ CO2 НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБЪЕКТЕ. Международный научно-исследовательский журнал. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/parovaya-konversiya-metana-i-piroliz-metana-s-zahoroneniem-i-ulavlivaniem-co2-na-energeticheskom-ob-ekte (дата обращения: 03.11.2025).
15. Термодинамика паровой конверсии метана. Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии». КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/termodinamika-parovoy-konversii-metana (дата обращения: 03.11.2025).
16. TIPS RAS — Group 31 — ИНХС РАН. URL: http://www.tips.ru/archive/tips31/mahlin.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
17. Кинетика углекислотной конверсии метана. Способы получения оксида углерода и синтез-газа. Studwood. URL: https://studwood.net/1435773/tehnika/kinetika_uglekislotnoy_konversii_metana (дата обращения: 03.11.2025).
18. Химическая промышленность: новости сегодня. Neftegaz.RU. URL: https://neftegaz.ru/news/chemistry/ (дата обращения: 03.11.2025).
19. Углекислотная конверсия метана в синтез-газ. URL: https://www.chem.msu.ru/rus/jvho/2000/3/19.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
20. Реакции метана и водяного газа, Образование метана, Дегидрирование метана, Конверсия метана парами воды, Конверсия метана диоксидом углерода. Теория горения и взрыва. Studme.org. URL: https://studme.org/168449/tehnika/reaktsii_metana_vodyanogo_gaza (дата обращения: 03.11.2025).
21. RU2650495C1 — Катализатор для паровой конверсии углеводородов. Google Patents. URL: https://patents.google.com/patent/RU2650495C1/ru (дата обращения: 03.11.2025).
22. Запишите уравнение реакции получения водорода конверсией водяных паров с метаном. Uchi.ru. URL: https://content.uchi.ru/answer/672778 (дата обращения: 03.11.2025).
23. Файл: 1 Теоретические основы паровой конверсии метана.docx. URL: https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/%D0%9E%D1%82%D1%87%D0%B5%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B5.docx (дата обращения: 03.11.2025).
24. Паровая конверсия метана, получение синтез-газа. Acetyl. URL: https://acetyl.ru/parovaya-konversiya-metana-poluchenie-sintez-gaza.html (дата обращения: 03.11.2025).
25. Журнал физической химии, 2020, T. 94, № 9, стр. 1437-1440. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44465547 (дата обращения: 03.11.2025).
26. Паровая конверсия. Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 03.11.2025).
27. Синтез-газ. Портал ПроНПЗ. URL: https://pronz.ru/articles/sintez-gaz (дата обращения: 03.11.2025).
28. Общая химическая технология. Лекция №5. Производство технологических газов. Технология связанного азота. URL: https://e.lanbook.com/reader/book/20919/#5.2.1 (дата обращения: 03.11.2025).
29. Избранные главы химической технологии (вып 2). URL: https://e.lanbook.com/reader/book/70104/#2.1 (дата обращения: 03.11.2025).
30. Раздел 5. Реализация основных принципов разработки и организации хтс на примерах конкретных производств. URL: https://e.lanbook.com/reader/book/18973/#5.1 (дата обращения: 03.11.2025).
31. Современные методы получения синтез-газа. URL: https://storage.seversu.ru/archive/1/m22_04_02-mhm-22_64_plx_sovremennye_metody_polucheniya_sintez-gaza-1676451000.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
32. Метан — производство, свойства, использование. Группа PCC. URL: https://www.pcc-group.eu/ru/o/metan/ (дата обращения: 03.11.2025).
33. Что такое Конверсия? Техническая Библиотека Neftegaz.RU. URL: https://neftegaz.ru/tech_library/burenie/142079-konversiya/ (дата обращения: 03.11.2025).
34. Конверсия (химия). Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%B8%D1%8F_(%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F) (дата обращения: 03.11.2025).
35. Производство синтез-газа и продуктов на его основе. ЭБС Лань. URL: https://e.lanbook.com/book/13323 (дата обращения: 03.11.2025).
36. Исследование кинетики реакции конверсии синтез-газа в метанол. Текст научной статьи по специальности «Химические технологии». КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-kinetiki-reaktsii-konversii-sintez-gaza-v-metanol (дата обращения: 03.11.2025).
37. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА. URL: https://www.khstu.ru/upload/documents/science/publications/monographs/Sinyakov_V_A_Fiziko-himicheskie_osnovy_processov_konversii_prirodnogo_gaza_2015.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
38. Физико-химические закономерности превращения метана в углеводороды С2 при каталитическом пиролизе метансодержащих углеводородных смесей. Тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ. URL: https://www.dissercat.com/content/fiziko-khimicheskie-zakonomernosti-prevrashcheniya-metana-v-uglevodorody-s2-pri-kataliticheskom-pir (дата обращения: 03.11.2025).
39. Моделирование паровой конверсии метана. Текст научной статьи по специальности «Химические науки». КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-parovoy-konversii-metana (дата обращения: 03.11.2025).
40. Получение синтез-газа газификацией угля и углекислотной конверсией метана. Процесс Фишера-Тропша. ResearchGate. URL: https://www.researchgate.net/publication/334208226_Polucenie_sintez-gaza_gazifikaciej_ugla_i_uglekislotnoj_konversiej_metana_Process_Fisera-Tropsa (дата обращения: 03.11.2025).
41. Журнал «Химическая Промышленность сегодня». Химическая промышленность сегодня. URL: https://him.today/o-zhurnale/ (дата обращения: 03.11.2025).
42. Синтез-газ и химические продукты на его основе. Казанский (Приволжский) Федеральный Университет Кафедра высоковязки. URL: https://old.kpfu.ru/docs/F945237775/sintez-gaz.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
43. Журнал «Химическая Промышленность сегодня». URL: https://him.today/ (дата обращения: 03.11.2025).
44. Автотермическая конверсия метана. URL: https://www.ngp.ru/tekhnologii/avtotermicheskaya-konversiya-metana/ (дата обращения: 03.11.2025).
45. Термохимический реактор восстановительных атмосфер с окислением части продуктов паровой конверсии метана. КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/termokhimicheskiy-reaktor-vosstanovitelnyh-atmosfer-s-okisleniem-chasti-produktov-parovoy-konversii-metana (дата обращения: 03.11.2025).
46. Смесительные установки Metan для получения синтетического природного газа, заказать, изготовить, купить. URL: https://gazovik.ru/catalog/oborudovanie-dlya-sug/smesitelnye-ustanovki-metan/ (дата обращения: 03.11.2025).
47. Получение синтез-газа конверсией метана с водяным паром. Условия процесса и технологическая схема. URL: https://www.gazohim.ru/articles/technology/poluchenie-sintez-gaza-konversiey-metana-s-vodyanym-parom-usloviya-protsessa-i-tekhnologicheskaya-skhema/ (дата обращения: 03.11.2025).
48. Схемы Лекция №5 Конверсия….docx. URL: https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/Лекция%20№5%20Конверсия….docx (дата обращения: 03.11.2025).
49. Купить смесительные установки Metan для СУГ. Оборудование и комплектующие для сжиженного углеводородного газа. URL: https://gas-arm.ru/catalog/smesitelnye_ustanovki_metan_dlya_sug/ (дата обращения: 03.11.2025).
50. Паровая конверсия метана. Технология переработки углеводородных газов. URL: https://neftepererabotka.ru/parovaya-konversiya-metana.html (дата обращения: 03.11.2025).
51. Выбор давления. URL: https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/%D0%9E%D1%82%D1%87%D0%B5%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B5%20(1).docx (дата обращения: 03.11.2025).
52. Краткая характеристика процессов каталитической конверсии метана. URL: https://www.ngp.ru/tekhnologii/kratkaya-kharakteristika-protsessov-kataliticheskoy-konversii-metana/ (дата обращения: 03.11.2025).
53. ГЛАВА 1. Принципиальная схема паровоздушной конверсии метана. URL: https://e.lanbook.com/reader/book/70104/#2.1 (дата обращения: 03.11.2025).
54. Аппаратное обеспечение производства по конверсии метана. URL: https://www.neftegaz.ru/tech_library/transportirovka-i-khranenie-gaza/142079-konversiya/ (дата обращения: 03.11.2025).
55. ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА. URL: https://www.khstu.ru/upload/documents/science/publications/monographs/Sinyakov_V_A_Fiziko-himicheskie_osnovy_processov_konversii_prirodnogo_gaza_2015.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
56. ОЧИСТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30009641 (дата обращения: 03.11.2025).
57. Методы получения синтез-газа для производства метанола. Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии». КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-polucheniya-sintez-gaza-dlya-proizvodstva-metanola (дата обращения: 03.11.2025).
58. Технология получения синтез-газа паровой конверсией углеводородов. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-polucheniya-sintez-gaza-parovoy-konversiey-uglevodorodov (дата обращения: 03.11.2025).
59. Methane_conversion — Стр 3. URL: https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/ДИПЛОМ.doc (дата обращения: 03.11.2025).
60. ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА. Электронный архив КФУ. URL: https://kpfu.ru/portal/docs/F1482701051/15._Mazgarov_A.M.pdf (дата обращения: 03.11.2025).
61. Прямое гетерогенно-каталитическое окисление сероводорода для очистки попутных нефтяных газов. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/pryamoe-geterogenno-kataliticheskoe-okislenie-serovodoroda-dlya-ochistki-poputnyh-neftyanyh-gazov (дата обращения: 03.11.2025).
62. 4.2.2 Паровая конверсия метана (первичный реформинг). URL: https://www.rea.ru/ru/org/managements/kafedra-tkhg/Documents/%D0%9E%D1%82%D1%87%D0%B5%D1%82%20%D0%BF%D0%BE%20%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B5%20(2).docx (дата обращения: 03.11.2025).
63. Повышение эффективности процесса получения синтетических жидких углеводородов из природного газа. Диссертации. URL: https://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-protsessa-polucheniya-sinteticheskikh-zhidkikh-uglevodorodov-iz-pri (дата обращения: 03.11.2025).
64. Эффективный метод получения синтез-газа паровой и пароуглекислотной конверсии метана. DsLib.net. URL: https://dslib.net/xim-texnologia/effektivnyj-metod-poluchenija-sintez-gaza-parovoj-i-parouglekislotnoj.html (дата обращения: 03.11.2025).