Получение метанола - высокооктановая присадка для бензина Production of methanol - high-octane additive to gasoline

Краткие сведения о метаноле. Brief information on methanol. Метанол, метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, СН ₃ ОН — простейший алифатический спирт, бесцветная жидкость со слабым запахом, напоминающим запах этилового спирта. Methanol, methyl alcohol, wood alcohol, carbinol, CH ₃ OH - simple aliphatic alcohol, a colorless liquid with a faint odor reminiscent of ethyl alcohol. Температура кипения +64,5°C, температура замерзания —97,8°C, плотность — 792 г/л. The boiling point of +64,5 ° C, the freezing temperature -97,8 ° C, the density of - 792 g / l. Пределы взрывоопасных концентраций в воздухе 6,7—36% по объему. Limits explosive concentrations in air 6,7-36% by volume. Октановое число больше 110. The octane number is greater than 110. Температура воспламенения 467°C, Теплота сгорания 24000 кдж/кг — меньше, чем у бензина (44000 кдж/кг), поэтому расход метанола (в литрах) будет выше примерно в два раза. Ignition temperature of 467 ° C, heat of combustion of 24,000 kJ / kg - less than that of gasoline (44,000 kJ / kg), so the flow of methanol (in liters) will be higher by about two-fold. Как топливо применяется в гоночных машинах, например в "Формуле-1". As the fuel used in racing cars, such as "Formula 1".
МЕТИЛОВЫЙ СПИРТ смешивается в любых концентрациях с водой, органическими растворителями и ЯДОВИТ, выпитые 30 миллилитров метанола могут быть СМЕРТЕЛЬНЫ, если не принять срочных мер! METHANOL is mixed in any concentration of water, organic solvents and poisons, 30 milliliters of methanol drunk can be fatal unless urgent action! Пары также ядовиты! Couples are also poisonous!
Традиционно метанол получали возгонкой древесины. Traditionally, the methanol obtained by sublimation of wood. Но более перспективен способ получения метанола — из природного газа. But a more promising way of getting methanol - from natural gas. В дальнейшем по мере совершенствования этой технологии возможны и другие источники сырья, например биомасса(навоз). In the future, with the improvement of this technology, there are other sources of raw materials such as biomass (manure). Промышленные способы получения метилового спирта пока недостаточно эффективны для использования метанола в качества топлива, но в ближайшие десятилетия цена на нефть будет только подниматься и ситуация может изменится в пользу спиртового топлива (особенно при использовании автомобилей на топливных ячейках). Industrial processes for the preparation of methyl alcohol until sufficiently effective to use methanol as fuel, but in the next decade, oil prices will only rise and the situation may change in favor of an alcohol fuel (especially when used in fuel cell vehicles). Природный газ, как известно, почти на 100% состоит из метана — СН ₄ . Natural gas is known to be almost 100% composed of methane - CH _4. Ни в коем случае не надо его путать с баллонным газом пропан-бутаном, последний является продуктом крекинга нефти и используется напрямую в качестве автомобильного топлива. In no case should it be confused with the bottled gas propane-butane, the latter is the product of the cracking of crude oil and used directly as an automotive fuel. Впрочем, это и делают многие автомобилисты, устанавливая соответствующее оборудование. However, it is done by many motorists, installing the equipment. А при использовании метанола никакого дополнительного оборудования не требуется. And with methanol no additional equipment is required. Мы подробно опишем, как, используя метанол в качестве топлива, как можно существенно повысить мощность двигателя. We explain in detail how, using methanol as fuel, as can be significantly increased engine power. Пока же только скажем, что это достигается увеличением диаметра главных жиклеров или уменьшением количества воздуха в топливной смеси. In the meantime, just say that this is achieved by increasing the diameter of the main jet or decreasing the amount of air in the fuel mixture.

Итак, о химии процесса получения метанола из природного газа. So, the chemistry of the process for methanol production from natural gas.

Метан при неполном окислении превращается в окись углерода и водорода, реакция эта выглядит следующим образом: Methane oxidation during incomplete turns into carbon monoxide and hydrogen, the reaction, this is as follows:

2СН ₄ +О ₂ —>2СО+4Н ₂ +16,1 ккал. 2CH ₄ + O ₂ -> 2CO 4 H ₂ 16.1 kcal.

Более простой технологически способ проходит по реакции конверсии метана с водяным паром: A simpler method is technically on the reaction conversion of methane to water vapor:

СН ₄ +Н ₂ 0—>СО+ЗН ₂ - 49ккал. CH ₄ + H ₂ 0 -> CO + SH ₂ - 49kkal.

В первом уравнении стоит +16,1 ккал. In the first equation is 16.1 kcal. Это означает, что реакция идет с выделением тепла. This means that the reaction proceeds with evolution of heat. Во втором - с поглощением. In the second - with the absorption. Тем не менее, мы остановимся на втором способе получения окиси углерода и водорода. Nevertheless, we will focus on the second method of producing carbon monoxide and hydrogen. При наличии этих двух компонентов уже можно напрямую синтезировать метанол. In the presence of these two components can already be directly synthesized methanol. Реакция идет по следующей формуле: The reaction proceeds as follows:

СО+2Н ₂ <=>СН ₃ ОН. CO 2 H ₂ <=> CH ₃ OH.

Сложность в том, что конечный продукт получается лишь при высоком давлении и высокой температуре (Р>20 атм., Т=350 градусов), но при наличии катализатора этот процесс смещается вправо и при низком давлении. The difficulty is that the final product is obtained only at high pressure and high temperature (P> 20 atm., T = 350 degrees), but in the presence of the catalyst, this process is shifted to the right and at low pressure. Полученный метанол выводится из реакции охлаждением до конденсации, а не сконденсировавшие газы будем сжигать. The resulting methanol is derived from the reaction cooled to condensation, rather than condensed gases will burn. При правильном сжигании остатков водорода и СО никаких вредных веществ не выделяется (отходы СО ₂ и Н ₂ 0 — безвредны), так что никаких вытяжных устройств не требуется. With the proper combustion of residual hydrogen and CO are no harmful substances are released (waste CO ₂ and H ₂ 0 - harmless), so that no exhaust system is required. Дальше метанол заливается через трубку, обязательно с герметизацией (!), в канистру. Then the methanol is poured through a tube, be sure to seal (!) Into the canister. Как видите, химический процесс очень прост, он основывается на двух реакциях. As you can see, the chemical process is very simple, it relies on two reactions. Сложности есть только технологические и по мерам безопасности. Complexity is only the technological and security measures. Мы ведь имеем здесь дело с сильно горючими и ядовитыми веществами. We're dealing here with a highly flammable and toxic substances. Нужно опасаться как взрыва, так и утечки этих газов. Is to be feared as the explosion and leakage of these gases. Поэтому — необходимо строжайше соблюдать технологию и правила обращения, которые мы будем описывать. So - should strictly abide by the rules of technology and treatment, which will be described. Для сборки установки нужно будет приобрести: лист нержавеющей стали (1мм), трубку из "нержавейки" бесшовную, наружным диаметром 6—8 мм, толщиной стенок не менее 1 мм и длиной около 2 метров, компрессор от любого бытового холодильника (можно со свалок, но рабочий). To build the installation will need to purchase: a sheet of stainless steel (1 mm), up from the "steel" seamless outer diameter of 6-8 mm, wall thickness of not less than 1 mm and a length of about 2 meters, the compressor from any domestic refrigerator (can be from landfills, but working). Ну и само собой разумеется нужна будет аргоновая электросварка. Well, of course need to be argon electric welding.

ТЕПЛООБМЕННИКИ HEAT EXCHANGERS

Теплообменники обычно состоят из трубок, окруженных охлаждающей средой. Heat exchangers usually consist of a tube surrounded by a cooling medium. В обиходе их называют "змеевиками". In common parlance they are called "coils". Для жидкостей, теплопроводность которых велика, такой теплообменник может быть приемлем. For liquids, the thermal conductivity is large, this exchanger may be acceptable. Но с газами ситуация совершенно другая. But with the gas situation is completely different. Дело в том, что на небольших скоростях поток газа движется ламинарно и практически не обменивается теплом с окружающей средой. The fact that at low speeds the flow of gas moving laminar and virtually no heat exchange with the environment. Посмотрите на дымок, подымающийся от горящей сигареты. Look at the smoke rises from a burning cigarette. Эта стройная струйка дыма и есть ламинарный поток. This slender wisp of smoke and there is a laminar flow. Сам факт. The very fact. что дымок поднимается вверх, говорит о его высокой температуре. that the smoke rises, speaks of his high temperature. А то, что он остается цельным прутком примерно на высоту до 20 сантиметров подъема, свидетельствует о сохранении им тепла. And the fact that he remains a solid rod to a height of approximately 20 centimeters rise indicates retention of heat. То есть на этом расстоянии даже при совсем малых скоростях поток газа не успевает охладиться, обменяться теплом с воздухом. That is, at this distance, even at very low speeds the flow of gas does not have time to cool, heat exchange with air. Именно вследствие ламинарности потока газовые теплообменники приходится конструировать громоздкими. This is due to laminar flow of gas exchangers have design cumbersome. Внутри их трубок появляются "сквозняки", которые даже на десятках метров практически не дают теплообмена.Это хорошо известно тем, кто когда-либо гнал самогон. Inside there are tubes of "drafts" that even tens of meters hardly give teploobmena.Eto well known to those who have ever chased moonshine. (Всякий опыт полезен!) Длинная, интенсивно охлаждаемая трубка, из неё вытекает конденсат, но при этом обязательно идет и пар. (Any experience is useful!) Long, heavily-cooled tube, it implies the condensate, but it sure is and couples. Значит, теплообмен недостаточно эффективен. This means that heat is not sufficiently effective. Проблема, однако, имеет решения и оно может быть несложным. However, the problem has no solution and it can be easy. Наполнить трубку, например, медным порошком (см. рис.1). Fill the tube, for example, copper powder (Fig. 1). Для производительности 10 л/час теплообменник может быть длиной 600 мм, а для 3 л/час должно хватить и 200 мм, высота h — 20 мм. For the performance of 10 l / h heat exchanger can be a length of 600 mm, and for 3 l / h should be sufficient, and 200 mm, height h - 20 mm. Размеры частиц могут варьироваться, оптимум где-то в пределах 0,5—1 мм. Particle size can vary, the optimum somewhere in the range 0.5-1 mm. Учитывая задачи теплообмена, материалом корпуса могут быть и железо, и медь, и алюминий, материалом набивки — медь, алюминий, — что найдется. Given the problem of heat transfer material of the case may be, and iron, and copper, and aluminum packing material - copper, aluminum - that will be.

Тогда вокруг каждой частички металла струйка газа будет образовывать завихрения. Then, around each of the metal particles will form a gas stream swirls. Тем самым сразу ликвидируются сквозняки и поток становится турбулентным. Thus, once disposed of drafts and the flow becomes turbulent. Ну и одновременно увеличивается в огромной степени контакт газа с охлаждаемой поверхностью. Well, at the same time greatly increases the contact surface of the cooled gas. Набитый в трубку порошок меди постоянно принимает или отдает тепло стенкам, и поскольку теплопроводность меди примерно в 100 тысяч раз выше теплопроводности газа, то газ сравнительно быстро примет температуру стенок, если мы будем их интенсивно охлаждать. Packed in a tube of copper powder is constantly taking or gives off heat the walls, and because the thermal conductivity of copper is about 100,000 times higher thermal conductivity of gas, the gas relatively quickly take the temperature of the walls, if we cool them rapidly. Нужно учесть, что с уменьшением размеров частиц и увеличением их количества растет также и сопротивление газовому потоку. It should be remembered that with decreasing particle size and an increase in their number also increases resistance to gas flow. Поэтому вряд ли удастся использовать для теплообменника частицы мельче 0,5—1 мм. Therefore unlikely to be used for heat exchanger particles smaller than 0.5-1 mm. Проточную охлаждающую воду, конечно, целесообразно пропускать навстречу потоку газа. Flow-through cooling water, of course, it is advisable to pass against the flow of gas. Это дает возможность в каждый точке теплообменника иметь свою определенную температуру. This allows each point of the heat exchanger to have its particular temperature. Поскольку тепловой контакт у нас близок к идеальному, температура на выходе конденсируемой жидкости будет равна температуре охлаждающей жидкости. Since the thermal contact with us is close to ideal, the temperature at the outlet condensed liquid will be equal to the temperature of the coolant. Вот каков по идее обсуждаемый здесь теплообменник. Here's what the idea of ​​a heat exchanger discussed here. Приведенный эскиз есть не что иное, как дистиллятор, он же самогонный аппарат, он же теплообменник. The above sketch is nothing more than a distiller, also known as moonshine, also known as a heat exchanger. Производительность такого дистиллятора прикидочно 10 литров в час. The performance of the distiller prikidochno 10 liters per hour.
Его также можно применять практически в любых целях, включая установку для получения обычного этилового спирта (см."Приоритет" № 1'91г и № 1-2'92г). It can also be used in almost any purpose, including the installation for conventional ethanol (see "Priority" № № 1 and 1'91g-2'92g). Такие теплообменники при огромной производительности в сотни раз меньше существующих. These heat exchangers with an enormous performance hundreds of times smaller than the existing ones.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НАСОС (РЕАКТОР, см.рис.2) Catalytic PUMP (REACTOR, Fig. 2)
В существующих химических газовых процессах обычный катализатор идет в гранулах довольно значительного размера от 10 до 30 мм. The existing gas-chemical processes in the conventional catalyst pellets are rather large size from 10 to 30 mm. Площадь контакта газа с такими шариками в тысячи раз меньше, чем если бы мы использовали частицы в 1—1000 микрон. The area of ​​contact with the balls of gas thousands of times smaller than if we used a particle in the 1-1000 microns. Но тогда проходимость газа весьма затруднится. But then the gas permeability is very difficult. Кроме того, мельчайшие частицы катализатора довольно скоро выйдут из строя вследствие поверхностного загрязнения. In addition, small particles of the catalyst soon go out of order due to surface contamination. Нами найден способ увеличить площадь контакта газа с катализатором, не затрудняя проходимости его в реакторе, и одновременно непрерывно производить очистку от так называемого "отравления" самого катализатора. We have found a way to increase the contact area between the gas with a catalyst, it is not difficult terrain in the reactor, while continuously clean up the so-called "poisoning" the catalyst itself. Делается это следующим образом. This is done as follows. Порошковый катализатор смешивается с ферромагнитными частицами - железным либо ферритовым порошком, который можно получить, разбивая магниты от неисправных громкоговорителей (прим.- ферриты теряют магнитные свойства при температуре выше 150 град.С), а так как ферриты очень твёрдое вещество - это их полезное свойство пригодится в дальнейшем (читайте ниже - чтобы специально не добавлять абразивный порошок). Powdered catalyst mixed with ferromagnetic particles - iron or ferrite powder, which can be obtained by dividing the magnets from the defective speaker (note - losing ferrite magnetic properties at temperatures above 150 degrees C), as well as ferrites are very solid - it is a useful property of their useful in the future (see below - to specifically add the abrasive powder). Смесь ферромагнитного порошка с катализатором помещается в немагнитную трубку, например, из стекла, керамики, можно и в алюминиевую или медную. A mixture of the ferromagnetic powder, the catalyst is placed in a non-magnetic tube, for example, glass, ceramics, and can be aluminum or copper. Теперь смотрите, какая может быть схема. Now look what may be a scheme. Снаружи трубки идут обмотки катушек. Outside of the tube are winding coils. Каждая из них включена через диоды, так, например, как дано на рис.3. Each of them is enabled through the diodes, for example, as given in Figure 3.

При включении в сеть переменного тока обмотки включаются поочередно с частотою 50 Гц. When you switch to AC power windings are alternately with a frequency of 50 Hz. При этом ферромагнитный порошок непрерывно сжимает и расширяет катализатор, обеспечивая пульсирующую проходимость газа. In this case the ferromagnetic powder is continuously compresses and expands a catalyst, providing a pulsating gas permeability. Если же включать электромагниты в трехфазною сеть (см. рис.4), то в этом случае обеспечивается поступательная пульсация сжатий, и за счет этого непрерывно газ будет сжиматься в продольном направлении вперед. If, however, include a three-phase network of electromagnets (see Figure 4), in this case, a progressive throbbing contractions, and due to this continuous gas will be compressed in the longitudinal direction forward. Таким образом, система работает, как насос. Thus, the system works like a pump. При этом — многократно перемешивая газ, сжимая и расширяя его и тысячекратно увеличивая интенсивность процесса на катализаторе. At the same time - repeatedly stirring the gas, compressing and expanding it and increasing the intensity of a thousand on the catalyst. Попутно частички катализатора трутся друг о друга и о ферритовый абразивный порошок, что приводит к их очистке от загрязняющих пленок. Along the way, the catalyst particles rub against each other and the abrasive powder ferrite, which leads to removal of contaminating films.

Схема работает следующим образом: The scheme works as follows:

с частотой 50 Гц происходит смена полярности на питании. 50 Hz there is a change in the polarity of the power supply. Ток попеременно проходит по обмотке 1,3 и 2,4 (см. рис. 2). Alternating current passes through the coil of 1.3 and 2.4 (see Fig. 2). При этом в них появляется магнитное поле, которое намагничивает ферромагнитные частицы и заставляет их взаимодействовать друг с другом, вовлекая в движение частицы катализатора. At the same time they receive a magnetic field that magnetizes the ferromagnetic particles and forces them to interact with each other, engaging in the movement of catalyst particles. Таким образом попеременно возникает для газа проходимость сквозь мелкие частицы, сменяемая большим сопротивлением, оказываемым сдавленной массой частиц. Thus, alternatively there is the gas permeability through the small particles, followed by a high resistance exerted by a mass of compressed particles. И самое главное: активность катализатора, сжимающего и разжимающего реагирующий газ, по еще не изученным причинам повышается дополнительно в 20—50 раз. And most importantly, the catalyst activity, compresses and decompresses the reacting gas, has not been studied for reasons further increases of 20-50 times. Работа описанного каталитического реактора эквивалентна реактору размером метров в 20—30. The work described a catalytic reactor is equivalent to the size of the reactor at 20-30 meters. Увеличить производительность реактора можно, включая обмотки в трехфазную сеть. You can increase the performance of the reactor, including a three-phase windings in the network. При этом система работает не как клапаны, а как активный насос, совмещая все положительные эффекты первой схемы и дополнительно принуждая газ перемещаться в направлении смещения сдвига фаз. The system does not work as valves, as well as an active pump, combining all the positive effects of the first scheme and further forcing the gas to move in the direction of displacement of the phase shift. При таком включении важно правильно выбрать фазировку. With this inclusion is important to choose the right phasing. Итак, в реакторе, приведенном здесь, работают следующие положительные факторы: So, in the reactor, shown here, work the following positive factors:

1. A. Увеличение площади катализатора в 300—1000 раз за счет уменьшения размеров частиц. Increasing the area of ​​the catalyst in the 300-1000 times by reducing the particle size.
2. Two. Происходит постоянная очистка катализатора от поверхностного загрязнения. There is a constant cleaning of the catalyst surface contamination.
3. Three. Постоянные пульсации давления реагирующих газов между частицами катализатора, а во второй схеме дополнительно происходит еще и перекачки газа внутри самого реактора. Constant pressure pulsations reacting gases between the particles of the catalyst, and the second circuit is further still pumping gas inside the reactor.

Недостаток этого реактора — повышенное сопротивление потоку газа — устраняется попеременным уплотнением — освобождением частиц внутри четных—нечетных катушек. The disadvantage of this reactor - high resistance to gas flow - eliminates the alternate seal - the release of particles within the even-odd reels. Одна важная деталь: необходимо теплоизолировать катушки от корпуса реактора. One important detail: the need to insulate the coil from the reactor vessel. В связи с этим, а также из практических соображений автором сайта были внесены следующие изменения (см.рис.справа): In this regard, as well as for practical reasons, the author of the site following changes were made (sm.ris.sprava):
Из болванки (бронзы или латуни) диаметром 50 мм, выточим корпус реактора. From the ingots (bronze or brass) with a diameter of 50 mm, machined reactor vessel. Размеры можно взять прежние - 160 мм общая длина, рабочая реакторная длина около 140мм, внут. Dimensions can be taken earlier - 160 mm in total length, the working reactor length is about 140 mm, internal. диаметр 33 мм, толщина стенок приблизительно 5...8 мм, т.е. diameter of 33 mm, wall thickness of approximately 5 ... 8 mm, ie внешний диаметр около 50 мм и того же диаметра - заглушки, их толщина по 20 мм и на каждой нарезана резьба М36х1,0мм и длиной по 10мм. outer diameter of about 50 mm and the same diameter - plugs, the thickness of 20 mm and at each threaded M36h1, 0mm and length of 10mm. Всё это должно быть сделано из одного и того же материала! All of this should be made of the same material! К заглушкам в отверстия вставляются и привариваются переходные штуцера или просто соединительные бесшовные стальные трубки с внутренним диаметром 6...8 мм и толщиной стенок около 2 мм. Stubs to be inserted into the holes and welded transition fitting or simply connecting seamless steel tube with an inner diameter 6 ... 8 mm and a wall thickness of about 2 mm. Данную конструкцию необходимо снаружи теплоизолировать листовым асбестом и разделить по всей длине на четыре секции с помощью пяти перегородок, также вырезанных из листового асбеста. This structure must be insulated from the outside with sheet asbestos and split along the length into four sections with five partitions, as cut from sheets of asbestos. Для фиксации перегородок, - можно промазать их силикатным клеем, после просушки наматыавается медная проволока (d=0,15мм) в каждую секцию. To fix the walls - you can miss the mark of silicate glue after drying namatyavaetsya copper wire (d = 0,15 mm) in each section. Сопротивление, измеренное омметром, для каждой секции должно быть около 1200_Ом. The resistance, measured with an ohmmeter to each section should be about 1200_Om. Обмотки включаются по схеме рис.3 через регулятор напряжения (напр: лабораторный трансформатор - ЛАТР), чтобы избежать перегрева обмоток, их надо охлаждать, для этого можно проложить под обмотки стеклянные трубочки диаметром 6...8мм, возможен принудительный обдув катушек, с контролем температуры внутри реактора. The windings are included under the scheme in Figure 3 the voltage regulator (for example: a laboratory transformer - Lattre) to avoid overheating of the windings, they should be cooled, this can be laid under the winding glass tubes of diameter 6 ... 8 mm, possible forced air cooling coils to control temperature inside the reactor.

Следует отметить, что подобная схема реактора(рис.2) была заявлена на патент (автор - Г.Н. Вакс), она может работать в любых каталитических газовых процессах. It should be noted that such a scheme of the reactor (Fig. 2) has been notified of the patent (the author - GN Wachs), it can work in any gas catalytic processes. Поэтому для химиков — это не домашняя разработка, а принципиально новый, еще не совсем изученный, но эффективный реактор. Therefore, for chemists - it is not home design, and brand new, not yet quite learned, but effective reactor. По всей видимости, эффекты усилятся при подаче прямоугольных импульсов или колебаний высокой частоты. Apparently, the effects will intensify when applying rectangular pulses or vibrations of high frequency.

ПРОИЗВОДСТВО СИНТЕЗ—ГАЗА. Production of synthesis gas.

СИНТЕЗ—ГАЗОМ называется смесь H ₂ и СО, необходимая для производства метанола. Synthesis gas is a mixture of H ₂ and CO required to produce methanol. Поэтому вначале рассмотрим технологию синтез-газа. Therefore, we first consider the technology of synthesis gas. Традиционные методы получения СО и H ₂ из метана (CH ₄ ) состоят в том, что метан смешивается с водяным паром и в нагретом состоянии поступает в реактор, где к паро-метанной смеси добавляется дозированное количество кислорода. При этом происходят следующие реакции:

[1] СН ₄ + 20 ₂ <—> СО ₂ + 2Н ₂ О + 890 кдж ; [1] CH ₄ + 20 ₂ <-> CO ₂ + 2H ₂ O + 890 kJ;
[2] СН ₄ + Н ₂ 0 <—> СО + ЗН ₂ - 206кдж ; [2] CH ₄ + H ₂ 0 <-> CO + SH ₂ - 206kdzh;
[3] СН ₄ + СО ₂ <—> 2СО + ЗН ₂ - 248кдж ; [3] CH ₄ + CO ₂ <-> 2CO + ZN ₂ - 248kdzh;
[4] 2Н ₂ + 0 ₂ <—> 2Н ₂ О + 484 кдж ; [4] 2H ₂ + 0 ₂ <-> 2H ₂ O + 484 kJ;
[5] СО ₂ + Н ₂ <—> СО + Н ₂ 0 - 41,2кдж. [5] CO ₂ + H ₂ <-> CO + H ₂ 0 - 41.2 kJ.

Как видно, некоторые реакции эндотермические — с поглощением тепла — а некоторые экзотермические — с выделением. As you can see, some endothermic reactions - with the absorption of heat - and some exothermic - with the release. Наша задача создать такой баланс, чтобы реакции шли с контролируемым выделением тепла. Итак, вначале требуется дозированное смешение Н ₂ О и СН ₄ . Традиционные методы ведения этого процесса сложны и громоздки. Мы будем насыщать метан водяными парами путем пропускания пузырьков этого газа через нагретую до 100 градусов Цельсия воду, а чтобы пузырьки активно разбивались, размещаем на их пути твердые ферритовые частички размером 1—2 мм. Но в этой массе рано или поздно пузырьки находят дорогу и затем, практически не разбиваясь, проходят по образовавшемуся каналу. Чтобы этого не происходило, частички из феррита и смесительную камеру ставим в соленоид с подачей переменного тока. В этом существенное отличие нашего диспергатора (см.рис 5). Под действием вибрации частиц феррита в пульсирующем магнитном поле пузырьки метана постоянно разбиваются, проходят сложный зигзагообразный путь и насыщаются парами воды. К соленоиду жестких требований нет, поскольку запитывается он от ЛАТРа или от регулятора света (в продаже имеются). Регулировка напряжения на соленоиде необходима, чтобы, изменяя магнитное поле, одновременно изменять и степень насыщения метана парами воды. О цели этих изменений будет сказано ниже. Количество витков в катушке может быть от 500 до 1000. Диаметр провода 0,1— 0,3мм. Труба диспергатора берется из неферромагнитного металла, поэтому в переменном магнитном поле она будет разогреваться. Кроме того, и метан поступает в воду разогретым. Поэтому специального нагревателя для воды не требуется (прим.- ошибочное мнение! Воду предварительно надо нагреть до кипения, например газовой грелкой, иначе не получить нужного количества водяного пара). Ещё необходим бачок для подпитки водой, поскольку она непрерывно расходуется на образование паро-метановой смеси, для этой цели подойдет сливной бачок от стандартного унитаза, чьё сливное отверстие закрывается стальной пластиной, с приваренной сливной трубкой, конец этой трубки вставляется в диспергатор и изгибается вниз на 180°(см.рис.5), делается это с целью безопасности, чтобы исключить попадание газа-метана в бачок.

ВНИМАНИЕ: необходимо расположить бачок таким образом, чтобы уровень воды в смесителе—диспергаторе не поднимался выше 150 мм, т.е. до половины его высоты, это связано с величиной давления в газовой сети (=150 мм водного столба!), иначе вода будет препятствовать проходу газа-метана в диспергатор. Также воду перед подачей в бачок необходимо 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.

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]:

СН ₄ + Н ₂ О <—> СО + ЗН ₂ - 206 кдж ,

с потерей тепла, а значит нужно обязательно подводить тепло в конвертор. with the loss of heat, and therefore must necessarily sum to the heat converter. Для этого паро-метановый газ мы пропускаем через трубки, обогреваемые горелками. To do this, steam-methane gas we pass through the tube, heated burners. Конвертор работает следующим образом: Converter works as follows:
Паро-метановая смесь поступает в камеру, в которой вварены трубки из нержавеющей стали. Steam-methane mixture enters the chamber in which the welded stainless steel tube. Количество трубок может быть от 5 до 20 в зависимости от желательной производительности конвертора. Number of tubes can be from 5 to 20 depending on the desired performance of the converter. Пространство верхней камеры должно быть обязательно плотно набито крупнозернистым песком или дробленой керамикой или крошкой нержавейки, размеры частиц 0,5—1,5 мм. The space of the upper chamber should be necessarily tightly packed with coarse sand or crushed ceramic or stainless steel crumb, particle size of 0.5-1.5 mm. Это необходимо для лучшего перемешивания газов, а самое главное — для пламягашения. It is necessary for better mixing of gases, and most importantly - for plamyagasheniya. При соединении воздуха с горячим метаном может произойти загорание. In conjunction with hot air by methane fire could occur. Поэтому в верхней камере набивка осуществляется с обязательным встряхиванием и досыпкой. Therefore, in the upper chamber is filling with the obligatory shaking and dosypkoy. Трубки и сборная камера (на рис7.-нижняя), как раз и набиваются частицами, содержащими катализатор — окись никеля. Tube and the collecting chamber (in ris7.-bottom), just stuffed particles containing catalyst - nickel oxide.
Массовая доля никеля в катализаторе при пересчете на NiO, должна составлять не менее 7,5±1,5%. Mass fraction of nickel in the catalyst when converted to NiO, shall be not less than 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%. The residual content of methane conversion with steam natural gas (the ratio of steam: gas = 2:1) at a temperature of 500 ° - 38,5%, while at 800 ° - no more than 1.5%. Массовая доля "вредной" серы в пересчете на SОз, должна быть не более 0,005%. Mass fraction of "bad" in terms of sulfur SOz should be no more than 0.005%.
Изготовить такой катализатор можно самому (но всё же лучше найти готовый, промышленный катализатор). Produce such a catalyst can be yourself (but it's better to find a ready-made, industrial catalyst). Для этого нужно на воздухе прокалить частицы никеля. To do this, the air ignited particles of nickel. Если чистого никеля нет, то можно его приготовить из никель-содержащих 10—15—20-копеечных монет СССР. If there is no pure nickel, then it can be prepared from a nickel-containing 10-15-20-penny coins of the USSR. Сотрите их на грубом абразивном круге или мелкой фрезой. Wipe them on the rough and fine grinding wheel cutter. Попадание абразива в набивку допускается. Contact with abrasive in the stuffing is permitted. Полученный порошок прокалите и смешайте в пропорции 1/3 объема порошка с 2/3 объема молотой керамики (0,5 мм) или чистого грубозернистого песка. The resulting powder was ignited, and mix in a ratio of 1/3 volume of the powder with 2/3 of powdered ceramic (0.5 mm) or pure coarse-grained sand.
Промежуток между верхними частями трубок заполняются на 10 см любым высокотемпературным теплоизолятором. The gap between the upper parts of the tubes are filled to 10 cm in any high-temperature heat insulator. Это делается, чтобы не перегревать верхнюю камеру. This is done so as not to overheat the upper chamber. Есть простой способ получения такого теплоизолятора. Is there an easy way to get a thermal insulator. Обычный канцелярский силикатный клей смешивают с 10—15 весовыми процентами тонкомолотого мела или талька или глины. Normal office silicate glue is mixed with 10-15 weight percent finely chalk or talc or clay. Перемешивают тщательно. The mixture is stirred thoroughly. Наливают смесь тонким слоем и сразу же прижигают огнем паяльной лампы. Pour a thin layer of mixture and immediately fire sear blowtorch. Вскипевшая в клее вода образует пемзообразную белую массу. Vskipevshaya in glue water forms pemzoobraznuyu white mass. Когда она остынет, опять наливают на нее слой клея с мелом и опять обрабатывают пламенем. When it cools down again, pour on it a layer of glue and chalk, and again treated with a flame. И так повторяют до тех пор, пока не получат, необходимый слой теплоизолятора. And so it is repeated until until they receive needed layer of heat insulation. После окончания сборки конвертора его помещают в стальной короб, которой обязательно теплоизолируют материалом, выдерживающим температуру до 1000 градусов, например, асбестом. After the end of the converter assembly is placed in a steel box, which is sure to heat-insulating material to withstand temperatures up to 1000 degrees, such as asbestos. Горелки инжекционного типа, могут быть любые, от 5 штук до 8. Injection type burner can be any, from 5 to 8 pieces. Чем их больше, тем равномернее нагрев. What is more, the heat evenly. Возможна также система, использующая одну горелку. It is also possible system using a single burner. Пламя ее имеет несколько выходов через отверстия в трубе. Flame it has several exits through holes in the pipe. Газовые горелки есть в продаже, например, те, что используются для обработки лыж. Gas burners are on sale, such as those used for the processing of skis. Есть в продаже также газовые паяльные лампы, поэтому мы даем только общую схему. There are also selling gas torches, so we give only a general outline. 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. Burner must be connected in parallel and regulated standard gas valve, for example, gas stove, but it is better to take automatic control of the household gas stoves - pricey, but reliable and easy to use - it can be used to set the desired temperature inside the converter reactor, thus increasing the degree of autonomy installation as a whole.

ЕЩЁ ОДИН ИЗ ОТВЕТСТВЕННЫХ УЗЛОВ — это эжекторный смеситель подачи воздуха и метана в камеру конвертора (см.рис.8.) 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.). 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:Н ₂ == 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 CO ₂ 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 необходимость установки теплоизолятора между трубой и катушкой. Как изготовить теплоизолятор, мы сообщали при описании изготовления конвертора (см.рис.7).

ПЕРЕЙДЕМ К ОБЩЕЙ СХЕМЕ УСТАНОВКИ. Работа общей схемы: из газовой магистрали метан поступает через вентиль (14) в теплообменник (3.1), разогревается до 250—300°C, затем поступает в фильтрующий реактор (15), который работает по принципу каталитического насоса (см.рис.2-только диаметр трубы=8см), содержит в себе окись цинка - для очистки газа от примесей серы и лишь затем газ поступает в смеситель—диспергатор (2), где насыщается парами воды. Вода (дистиллированная) добавляется в диспергатор непрерывно из бачка (1). Вышедшая газовая смесь поступает в теплообменник (3.2), где разогревается до 500—600°C и идет в конвертор (4). На NiO — катализаторе при температуре 800°C происходит реакция [2]. Для создания этой температуры работают горелки (12). После установления температурных режимов включается компрессор (5) и постепенно подается воздух в смеситель (11). Повышение давления осуществляется путем вворачивания винта в клапане (8). Одновременно уменьшаем пламя на горелках (12) при помощи вентиля (14.2). Полученный на выходе синтез—газ поступает в теплообменники (3.1; 3.2), где охлаждается до температуры 320—350°. Затем синтез—газ поступает в синтезатор метанола (6), где на катализаторе из смеси одинакового количества ZnO, CuO, CoO происходит превращение его в метанол СН ₃ ОН. Смесь газообразных продуктов на выхода охлаждается в теплообменнике (3.3). который описан выше (см.рис.1) и поступает в накопительный бачок (10). В верхней его части находится трубка — фитиль (13), где дожигаются продукты, которые не прореагировали в процессах. Поджигание необходимо, обязательно!