Сутек: табиғаттағы таралуы және өндірістік алу әдістері

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 4 бет
Таңдаулыға:

Сутек

Табиғатта сутек бос және қосылыс күйінде болады. Күллі әлемді алатын болсақ, мұнда сутек ең көп тараған элемент. Күн бетін, жұлдыздарды, тұмандықтарды спектроскоппен, ал жұлдыз аралығындағы кеңістікті радиотелескоп жәрдемімен қарап зерттегенде барлығында да сутектің өте көп екендігі білінеді. Сутек бос күйде атмосфераның жоғарғы қабаттарында өте аз мөлшерде кездеседі. Жанар таулардың мұнай скважиналарынан шығатын газдардың құрамында болады. Қосылыстардың құрамындағы сутекті есептемесе, жердегі сутек өте сирек элементтердің бірі болар еді. Ал қосылыстардың құрамында химиялық байланысқан түрде өте көп сутек бар, мысалы, судың салмағының 11%, саз балшықтың 1, 5% сутек үлесіне келеді. Оттек өсімдіктер мен жануарлар денесінде, мұнайда, табиғат газдарында, кейбір минералдарда химиялық қосылысқан түрде болады. Жер қыртысы үш қабатының (атмосфера, гидросфера, литосфера) жалпы салмағының 1 проценті сутек.

Техникада әсіресе аммиак синтездеуде сутек алу үшін көп колданылатын химиялық әдістердің бірі - к о н в е р с и я тәсілі.

Өте қызған (1000° С шамасы) көмір бетімен су буын өткізсе, мынадай реакция жүреді:

С + Н ₂ О ↔︎СО + Н ₂

Бұл реакция көзінде түзілген көміртек оксиді де, сутек те жанғыш газдар. Бұлардың қоспасын су газы деп атап, технңкада отын ретінде колданады. Су газындағы сутекті бөліп алу үшін су газына су буын араластырып, қ пасын қыздырган темір оксидінің (катализатор) үстімен өткізеді. Бұл реак-циядан

СО + Н ₂ 0 500 Н ₂ + С0 ₂

↔︎

Ғе ₂ О ₃

шыққан көміртек диоксиді сутектен оңай ажыратылады; ол үшін осы шыққан газдар қоспасын өте қысып (2 -10 ³ кПа), сумен жуады.

Соңғы реакцияны с у г а з ы н ы ң конверсиясы деп атайды. Темір оксиді тек қана катализатор қызметін атқарады. Төмен температурада конверсия өте баяу жүреді, жоғары температурада тепе-теңдік кері ауады, сондықтан температураны 450-500 дейін көтереді және су буын теңдік бойынша керегінен анағұрлым артық алады.

Сутекті конверсия арқылы алу ең арзан жолдың бірі; кейде су газының орнына, ішінде көміртек оксиді бар басқа газдар қоспасын, мысалы, генератор газын, қолданады.

Конверсия процесінде мынадай қосалқы реакциялар:

2СО = С + С0 ₂ және СО + 3Н ₂ 0 = СН ₄ + Н ₂ 0

болуы мүмкін; бұл жағдайда метан мен күйе қосымша түзіледі.

Химиялық тәсілдің тағы біреуін темір - бу тәсілі деп атайды, бұл ертеден келе жатқан, бірақ қазір мәні кеміген тәсіл. Мұнда, 700° дейін қыздырған темір және темір (II) оксиді мен судың буы әрекеттеседі:

Н ₂ 0 + Ғе = ҒеО + Н ₂ ΔН° = - 37, 2 кДж/моль

Н ₂ 0 + 3ҒеО = Ғе ₃ 0 ₄ + Н ₂ . ΔН° = -69, 8 кДж/моль

Бұл реакцияда алынған су буының жартысы ғана сутекке айналады. Мына шыққан темір қағын су газымен әрекеттестіргенде, жаңағы жазылған реакциялар кері жүріп, темір алынып, ол қайтадан іске қосылады:

Ғе ₃ 0 ₄ + 4СО = 3Ғе + 4С0 ₂

Ғе ₃ 0 ₄ + 4Н ₂ = 3Ғе + 4Н ₂ 0

Бұл тәсілмен сутекті алу үздікті процесс болуы, су буының және су газының артық шығыны және оның үстіне алынған сутектің керектідей таза болмауы, бұл тәсілді экономика жағынан қолайсыз етеді.

Соңғы 10-15 жылда кең қолданылып келе жатқан әдістің бірі сутекті метаннан алу. АҚШ-та аммиак синтездеу үшін жұмсалатын сутектің 70 процентіне жуығы метаннан алынады. Совет Одағында табиғи газдар көп, жыл сайын олардың өндірісі өсуде. Табиғи газдардың кейбіреулерінде 90-99%, кокс газдарыда 25-30% метан болады, көмірді шала кокстегенде де ішінде метаны көп газдар шығады, метан-мұнай өндірісінде де шығатын газдар қоспасында болады.

Метандағы сутекті түрліше әдіспен алады:

1) метанды крекингілеу (қыздырып айыру) :

СН ₄ = С + 2Н ₂ АН° = 70, 7 кДж/моль

Метанды ішін отқа берік қыш қалыппен толтырған пештерде крекингілейді. Бұл процесс екі сатыда өтеді.

Бірінші сатыда метанды ауамен араластырып, тұтандырып пештің ішін 1 100 градусқа дейін қыздырады.

Екінші сатыда пешке метанның өзін ғана жібереді, осы кезде жоғарыда жазылған эндотермиялық реакция жүре бастайды, пеш 900°-қа дейін суыған кезде оны қайтадан қыздыра бастайды.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.