Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №11 - Журнал «Домашняя лаборатория»

очистить от примесей хлора. С этим справятся стандартные средства очистки воды для бытовых целей.

Готовая паро-метановая смесь разогревается до температуры 550–600 градусов в ТЕПЛООБМЕННИКЕ. Устройство теплообменника (рис. 6) уже достаточно подробно было описано выше (см. рис. 1). Поэтому приведем только уточнение размеров. Теплообменник изготавливается из нержавеющей стали, обязательно варится в среде инертного газа. Трубки из нержавеющей стали крепятся к корпусу только сваркой. Наполнитель теплообменника изготовляется из 1–2 миллиметровых частиц керамики. Это может быть, например, дробленая фарфоровая посуда. Наполнять емкость надо достаточно плотно, с обязательным встряхиванием. Возможная ошибка: при недостаточном наполнении теплообменника частицами керамики газ найдет себе дорогу, и потоки будут ламинарными, чем ухудшается теплообмен.

ВНИМАНИЕ: ВСЯ СИСТЕМА. ДОЛЖНА БЫТЬ ГЕРМЕТИЧНА. Никаких утечек! В теплообменнике 3.2 (см. рис. 10) температуры высокие! Никакие уплотнители не применять — только аргонная сварка.

Рис 6. Теплообменник

КОНВЕРТОР-РЕАКТОР

Самым сложным и ответственным узлом установки является КОНВЕРТОР-РЕАКТОР (см. рис. 7), где происходит конверсия метана (превращение его в синтез — газ). Конвертор состоит из кислород-паро-метанового смесителя и реакционных каталитических колонн. Вообще, реакция идет с выделением тепла. Однако в нашем случае, чтобы процесс начался, на подводящих трубках проводим нагрев, поскольку мы осуществляем конверсию метана по реакции [2]:

СН4 + Н2О <-> СО + 3Н2 — 206 кдж,

с потерей тепла, а значит нужно обязательно подводить тепло в конвертор. Для этого паро-метановый газ мы пропускаем через трубки, обогреваемые горелками. Конвертор работает следующим образом.

Паро-метановая смесь поступает в камеру, в которой вварены трубки из нержавеющей стали. Количество трубок может быть от 5 до 20 в зависимости от желательной производительности конвертора. Пространство верхней камеры должно быть обязательно плотно набито крупнозернистым песком, дробленой керамикой или крошкой нержавейки, размеры частиц 0,5–1,5 мм. Это необходимо для лучшего перемешивания газов, а самое главное — для пламягашения. При соединении воздуха с горячим метаном может произойти загорание. Поэтому в верхней камере набивка осуществляется с обязательным встряхиванием и досыпкой. Трубки и сборная камера (на рис. 7 — нижняя), как раз и набиваются частицами, содержащими катализатор — окись никеля.

Рис. 7. Конвертор-реактор

Массовая доля никеля в катализаторе при пересчете на NiO, должна составлять не менее 7,5±1,5 %. Остаточное содержание метана при конверсии с водяным паром природного газа (соотношение пар: газ = 2:1), при температуре 500° — 38,5 %, а при 800° — не более 1,5 %. Массовая доля "вредной" серы в пересчете на SО3, должна быть не более 0,005 %.

Изготовить такой катализатор можно самому (но всё же лучше найти готовый, промышленный катализатор). Для этого нужно на воздухе прокалить частицы никеля. Если чистого никеля нет, то можно его приготовить из никель — содержащих 10–15-20-копеечных монет СССР. Сотрите их на грубом абразивном круге или мелкой фрезой. Попадание абразива в набивку допускается. Полученный порошок прокалите и смешайте в пропорции 1/3 объема порошка с 2/3 объема молотой керамики (0,5 мм) или чистого грубозернистого песка.

Промежуток между верхними частями трубок заполняются на 10 см любым высокотемпературным теплоизолятором. Это делается, чтобы не перегревать верхнюю камеру. Есть простой способ получения такого теплоизолятора. Обычный канцелярский силикатный клей смешивают с 10–15 весовыми процентами тонкомолотого мела или талька или глины. Перемешивают тщательно. Наливают смесь тонким слоем и сразу же прижигают огнем паяльной лампы. Вскипевшая в клее вода образует пемзообразную белую массу. Когда она остынет, опять наливают на нее слой клея с мелом и опять обрабатывают пламенем. И так повторяют до тех пор, пока не получат, необходимый слой теплоизолятора. После окончания сборки конвертора его помещают в стальной короб, которой обязательно теплоизолируют материалом, выдерживающим температуру до 1000 градусов, например, асбестом. Горелки инжекционного типа, могут быть любые, от 5 штук до 8. Чем их больше, тем равномернее нагрев. Возможна также система, использующая одну горелку. Пламя ее имеет несколько выходов через отверстия в трубе. Газовые горелки есть в продаже, например, те, что используются для обработки лыж.

Есть в продаже также газовые паяльные лампы, поэтому мы даем только общую схему. Горелки должны соединяться параллельно и регулироваться стандартным газовым краном, например, от газовой плиты, но лучше взять автоматический регулятор от бытовой газовой плиты — дороговат, но надёжен и удобен — с его помощью можно задать нужную температуру внутри конвертора-реактора, повысив тем самым степень автономности установки в целом.

ЭЖЕКТОРНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ

Ещё один из ответственных узлов — это эжекторный смеситель подачи воздуха и метана в камеру конвертора (см. рис. 8).

Рис. 8. Эжекторный смеситель воздуха и метана

Эжекторный смеситель воздуха и метана состоит из двух сопел одно подает метан, насыщенный парами воды, а другое — эжектор воздуха. Воздух поступает от компрессора, количество его регулируется клапаном давления (Рис. 9).

Рис. 9. Клапан давления

Компрессор может быть практически от любого бытового холодильника, давление регулируется от "нуля" до необходимого, которое будет не на много выше давления в газовой магистрали (т. е. >= 150 мм. вод. ст.).

Необходимость подачи воздуха (кислорода) в конвертор обусловлена тем, что по реакции [5] часть водорода должна быть поглощена с выделением СО, тем самым увеличивается количество окиси углерода до пропорции СО: Н2 == 1:2, т. е. число молей (объемов) водорода должно быть в два раза большим объемов окиси углерода (прим. — наличие избыточного воздуха приведёт к синтезу побочных продуктов — кислот, высших спиртов — "сивухи" и прочих вредных компонентов). Но возникновение СО2 произойдет по реакции [1] с выделением большого количества тепла. Поэтому вначале процесса компрессор мы не включаем и винт держим вывернутым. Воздух не подаем. И по мере разогрева камеры и включении всей системы будем постепенно, включив компрессор и вворачивая винт клапана давления, увеличивать подачу воздуха и одновременно уменьшать пламя на горелках, Контроль будем вести по количеству излишков водорода на выходе из конденсатора метанола (теплообменник 3. и 3.1) через фитиль (13 — см. рис. 10), сокращая его. Фитиль для дожига излишка синтез — газа представляет собой 8-миллиметровую трубку, длиной 100 мм, набитую медным проводом по всей длине — чтобы пламя не пошло вниз, в канистру с метанолом. Мы разобрали все узлы установки получения метанола. Как ясно из предыдущего, вся установка состоит из двух основных узлов: конвертора для создания синтез-газа (конверсия метана) и синтезатора метанола. Синтезатор (каталитический насос, см. рис. 2) достаточно хорошо описан выше. Единственно, что следует добавить — это