Состав и чистота газа перед синтезом

Качество газа — это пригодность определённого потока для определённого потребителя в определённое время. Состав и чистота — разные свойства газа, которые проверяют одновременно.

Синтез-газ нужен как химическое сырьё: из его небольших молекул получают другие вещества. Водород H₂ приносит атомы водорода, монооксид углерода CO — углерод и кислород; для некоторых синтезов источником углерода служит также CO₂. Название газа говорит о назначении смеси, но не сообщает, сколько нужных молекул она содержит и что поступает вместе с ними. Газ после превращения древесины, пластиковых летучих продуктов и природного газа может называться одинаково, оставаясь разным сырьём для следующего реактора.

Сначала я проверяю, хватает ли реагентов друг для друга. На один моль метанола CH₃OH из CO по суммарному уравнению нужны два моля H₂: CO + 2H₂ → CH₃OH. Если углерод приходит в форме CO₂, требуется уже три моля H₂, а лишний кислород выходит с водой: CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O. Это видно непосредственно из счёта атомов. Поэтому газ с большим отношением H₂/CO ещё может испытывать недостаток водорода для превращения всей смеси оксидов углерода. Для такой проверки ниже выведен метанольный модуль M, учитывающий и CO₂. Моль — мера количества вещества; сравнивать здесь нужно числа молекул, а не просто килограммы водорода и оксида углерода.

Второй вопрос — как эти реагенты доступны в реальном потоке. Представим один и тот же расход H₂ и CO сначала без разбавителя, затем вместе с добавленным азотом, который в рассматриваемой модели не реагирует. Отношение H₂/CO осталось прежним, но общий объём газа вырос; при том же давлении доля давления, приходящаяся на каждый реагент, стала меньше. Именно эта доля называется парциальным давлением. Компрессор и трубы при этом обслуживают ещё и разбавитель. Таким образом, одинаковое стехиометрическое отношение не означает одинаковой нагрузки оборудования или одинаковых условий химического превращения. Для настоящей смеси нужно знать весь состав и её расход.

Третий вопрос — сохранит ли работоспособность система, которая должна этот газ переработать. В каталитическом синтезе молекулы превращаются при участии поверхности катализатора. Вещество, ухудшающее работу этой поверхности, может быть значимо даже при малой доле в общей массе. Частицы и капли создают другую задачу: их надо учитывать как отдельные переносимые фазы. Поэтому общая запись «99,9% основных компонентов» не заменяет определения конкретных примесей. Оставшаяся часть может быть безвредным для выбранной задачи разбавителем, а может содержать ограничиваемое соединение. И наоборот, удаление следовой серы не добавляет недостающий водород.

Подготовка меняет состав и чистоту разными способами. При охлаждении вода и часть органики могут перейти из газа в жидкость; при сорбции примесь задерживается другим материалом; при химической конверсии меняются сами молекулы. Такие операции нельзя оценивать одним процентом. Например, в реакции CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ водорода становится больше, а CO меньше, поэтому H₂/CO растёт. Но одновременно возникает CO₂, которому в метанольном направлении нужен дополнительный водород. Алгебра ниже показывает: одна только эта реакция не меняет M. Модуль изменится, если добавить или удалить соответствующий внешний поток, например H₂ или CO₂. Это объясняет, почему «провести shift», «очистить газ» и «получить нужный состав» не являются одной операцией.

Даже без реакции результат анализа может измениться. Если из влажного газа отделить воду, процент остальных компонентов повысится: знаменатель стал меньше. Их количество не обязательно выросло. Поэтому сравнивают не только концентрации, но и компонентные расходы: сколько каждого вещества прошло за один и тот же период. Равным образом проба после холодильника не всегда представляет исходный горячий поток: часть примеси могла остаться в конденсате или на стенке линии. Число в протоколе становится инженерно полезным только вместе с местом отбора, основой анализа и описанием того, что произошло с пробой до измерения.

После передачи газа в синтез появляется ещё одна граница. Свежий очищенный газ часто смешивается с возвратным, то есть уже прошедшим реактор и отделение продукта. Поэтому его хороший паспорт не описывает автоматически смесь перед катализатором. В возврате могут накапливаться компоненты, которые не реагируют и не уходят с жидким продуктом. Для них нужен выход, обычно продувка части газа; вместе с ней теряется и часть полезных реагентов. Ниже это показано на полностью условной модели без химической реакции, чтобы отдельно увидеть действие возврата и разделения.

Пригодность газа подтверждают согласованный анализ, требования следующего узла и наблюдение за изменениями, а не одно удачное измерение после замены очистной загрузки. Подготовленный синтез-газ остаётся промежуточным сырьём: из него ещё нужно получить продукт, отделить воду и остаточный газ, а затем проверить качество самого продукта. Далее эта логика превращена в паспорт, расчёты и конкретные примеры вторичного сырья; приведённые режимы принадлежат именно этим примерам.

Паспорт газа связывает состав, место и время

Название «синтез-газ» не определяет пригодность потока для конкретного потребителя. Нужны три разных ответа: сколько поступает реагентов, какие посторонние компоненты присутствуют и насколько надёжно это установлено. Большая доля H₂ и CO не доказывает отсутствия следового загрязнителя; низкое содержание серы не гарантирует подходящей стехиометрии.

Паспорт составляют для определённого потока, точки и периода, а не для установки вообще. В нём фиксируют:

• Идентификатор потока, дату и время, состояние установки, разовую или усреднённую пробу; отдельно условия потока и условия измерения
• H₂, CO, CO₂, H₂O, CH₄, N₂, Ar и другие существенные компоненты; неизвестную или неохваченную анализом часть
• Мольную либо массовую основу, включение воды, единицы следовых примесей, способ нормировки; измеренные значения отличают от рассчитанных по разности
• Расход и его базу: масса, количество вещества либо объём при явно названных температуре и абсолютном давлении; для пересчёта реального газа учитывают принятую модель сжимаемости
• Перечень определяемых примесей, метод, пределы обнаружения и количественного определения, неопределённость, применимость к данной смеси и правило решения о соответствии
• Данные о пробоподготовке и задержке сигнала, позволяющие связать результат с исходным потоком

Принудительная нормировка измеренных компонентов на 100 % скрывает незамкнутый анализ. Поэтому исходную сумму и состав включённых компонентов сохраняют отдельно. Паспорт партии поставщика характеризует поставленную смесь; он сам по себе не подтверждает состав после транспортирования, подготовки и смешения с рециклом.

Вторичное сырьё: какие цепочки подтверждены

Отходы пластмасс: как сравнивать составы

Условия и результаты работы Alshareef и соавторов собраны в разделе «Отходные пластики: измерен выход всей трёхстадийной цепочки»; первичная статья.

Для сравнения сырья важно не смешивать выход водорода на массу принятого материала с отношением компонентов внутри газа. У них разные знаменатели. Из результата последовательной системы нельзя без промежуточного анализа выделить вклад одного реактора; хороший итоговый состав также не определяет длительность службы катализатора.

Смеси угольных отходов, лесных остатков и органической части ТКО

Проект Auburn University/RTI DE-FE0032214 посвящён получению и подготовке газа из таких смесей. В докладе 2024 года отдельное испытание конверсии CO проводилось на Shiftmax 120 при 300–425 °C и 100 psig, то есть приблизительно 0,689 МПа избыточного давления. В таблице состава газа указаны мол.%: H₂ 37,2; CO 23,0; CO₂ 31,6; CH₄ 3,8; N₂ 4,3. Сумма округлённых значений — 99,9 %. Вода не приведена; сухая основа явно не подписана. Поэтому этот состав нельзя автоматически приписывать сырому газу определённой партии отходов или использовать как полный влажный анализ.

Доклад показывает задачу последовательного удаления смол и частиц, сероочистки, изменения состава и выделения H₂. Интегрированные испытания 1 кг/ч в течение суммарных 100 ч в нём сформулированы как план, а не завершённый результат. Выход и чистоту промышленного H₂ эти слайды не подтверждают (NETL, PDF с. 8–10, 26, 29).

Enerkem: промышленный маршрут отходы → подготовленный газ → спирты

В опубликованной компанией схеме муниципальные, коммерческие и промышленные отходы сначала сортируют, измельчают и сушат. После газификации и дополнительного преобразования газа предусмотрены очистка и коррекция состава; при синтезе метанола описано добавление водорода. Компания указывает последующую очистку метанола до спецификации IMPCA либо дальнейшее получение этанола. Это описание компанией своей технологической цепочки; открытая страница не раскрывает полного набора температур, давлений, состава катализаторов и допусков входного газа (Enerkem, описание технологии).

Статус конкретного предприятия важнее общей рекламной схемы. Для Edmonton компания сообщила о более чем 15 000 ч работы с получением метанола и этанола, а 30 января 2024 года объявила сворачивание эксплуатации. На актуальной странице предприятия прямо сообщается, что объект выводится из эксплуатации. Здесь это исторический промышленный кейс. Упомянутые компанией сертификаты ISCC не заменяют опубликованного паспорта качества каждой партии автомобильного топлива (Enerkem, сообщение о выводе EAB из эксплуатации).

Другой статус имеет Ecoplanta в Таррагоне: Repsol описывает планируемый запуск в 2029 году, переработку до 400 тыс. т/год невостребованных муниципальных отходов и биомассы с выпуском 240 тыс. т/год возобновляемого и циркулярного метанола. Это проектные мощности, не фактически измеренные годовые выпуск и выход; их отношение не является экспериментальным выходом на сухое органическое сырьё. Сопоставлять его напрямую с лабораторным выходом газа нельзя (Repsol, описание Ecoplanta).

Как применять эти сведения к своей партии

Практическая задача начинается с выбора потребителя: синтез метанола, другой синтез или выделение водорода требуют разных отношений компонентов и разных схем подготовки. Для сменного вторичного сырья фиксируют происхождение, усреднение партии, влажность, зольность и существенные загрязнители, затем сопоставляют фактический выход газа и его анализ до и после подготовки. Контроль только H₂/CO оставляет без ответа вопросы CO₂, воды, серы, галогенов, смол и частиц. Требования к ним берут из спецификации конкретного потребителя; перечисленные исследования не задают единого допустимого состава.

Для сравнения вариантов полезно заранее составить одну таблицу границ: какая партия принята за вход, где измерен газ, куда отнесены конденсат и твёрдые продукты, сколько длится наблюдение. Отдельно записывают добавленные воду, кислород и водород, а для каждого выхода указывают собственный знаменатель, основу анализа и период усреднения. Тогда прирост количества продукта не будет автоматически принят за извлечение вещества только из отходов. Пропуск в отчёте лучше оставить неизвестным и запросить измерение, чем заполнять его типовым значением. Это порядок проверки исходных данных, а не дополнительный результат перечисленных опытов.

Проверенные здесь условия и результаты относятся к переработке летучих продуктов пластмасс; для твёрдых отходов и биомассы отдельно обозначены исследования, исторический промышленный опыт и проектные планы. Отдельно собранные пиролизные жидкости из пластика, шин и биомассы не входят в охват проверенных в этой карточке численных кейсов. Режим газификации твёрдого сырья и режим обработки летучих продуктов нельзя молча переносить на такое масло. Эта граница охвата не означает отсутствия технологии.

Сухая и влажная основа: меняется знаменатель

Для газовой фазы обозначим yᵢ,wet = nᵢ/n_wet, где n_wet включает водяной пар. Сухая основа исключает только воду: n_dry = n_wet − n_H₂O. Тогда для каждого неводного компонента:

yᵢ,dry = yᵢ,wet/(1 − y_H₂O,wet);

yᵢ,wet = yᵢ,dry(1 − y_H₂O,wet).

Это пересчёт одной и той же пробы при известной воде. «Сухой» здесь не означает удаления CO₂, углеводородов или инертов. Если лаборатория исключила дополнительные компоненты, требуется другое, явно описанное определение основы.

В отдельном условном примере газ содержит 10 мольных процентов воды, а доля A на сухой основе равна 20 %. Влажная доля A составляет 0,20 × 0,90 = 0,18, то есть 18 %. При влажном расходе 100 кмоль/ч сухой расход равен 90 кмоль/ч, а расход A — 18 кмоль/ч. Умножение сухих 20 % на влажные 100 кмоль/ч ошибочно даёт 20 кмоль/ч. Погрешность возникает из-за смешения основ, хотя оба исходных числа могут быть правильными.

Если при физическом охлаждении часть компонентов растворилась в конденсате, задержалась на поверхности или ушла с каплями, простая перенормировка уже не восстанавливает исходную пробу. Нужен компонентный баланс газового и жидкого выходов. Остаточный пар, туман и тепловая нагрузка рассмотрены в карточке Конденсатор и дефлегматор; здесь важно не принять изменение пробы за изменение технологического газа.

Мольные доли нельзя подменять массовыми

Для молярной массы μᵢ массовая доля wᵢ и мольная доля yᵢ связаны определениями:

wᵢ = yᵢμᵢ/Σ(yⱼμⱼ);

yᵢ = (wᵢ/μᵢ)/Σ(wⱼ/μⱼ).

Суммы относятся к одному и тому же набору компонентов на одной сухой или влажной основе. В идеальной газовой смеси мольные доли совпадают с объёмными долями, отнесёнными к одинаковым условиям; для реального газа соглашение об объёмных долях уточняют.

В условной смеси из равных количеств A и B с заданными μ_A = 2 и μ_B = 28 кг/кмоль мольные доли равны 50 и 50 %. Массовые доли составляют 2/(2 + 28) = 6,67 % и 93,33 %. Эти условные молярные массы показывают масштаб различия, а не задают реальную газовую смесь. Отношение масс 1:14 не означает мольного отношения 1:14.

Обозначение ppm без основы неполно: 1 мкмоль/моль и 1 мг/кг являются разными величинами. Для мг/м³ дополнительно нужны температура, давление и включение воды. Нельзя сопоставлять численный предел в мкмоль/моль с результатом в мг/м³ без пересчёта и знания вещества.

H₂/CO и метанольный модуль отвечают на разные вопросы

Отношение r = n_H₂/n_CO сопоставляет только водород и CO. Для общей стехиометрической оценки метанольного направления используют:

M = (n_H₂ − n_CO₂)/(n_CO + n_CO₂).

Вместо количеств вещества можно подставить молярные расходы или мольные доли одной пробы на общей основе. Массы без перевода в моли подставлять нельзя. При n_CO = 0 отношение r не определено; при отсутствии обоих оксидов углерода не определён и M.

Суммарные уравнения CO + 2H₂ → CH₃OH и CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O задают формальную потребность H₂, равную 2n_CO + 3n_CO₂. Равенство M = 2 эквивалентно этой потребности при положительном n_CO + n_CO₂. Это проверка стехиометрии, а не модель скорости, равновесия, селективности или допустимого состава примесей. В направлении Фишера–Тропша одного r также недостаточно: необходимы собственные балансы выбранной химической системы.

Общая перенормировка сухого анализа во влажный умножает все участвующие доли на один множитель, поэтому r и M сохраняются. Добавление строго инертного разбавителя тоже не меняет эти отношения, но уменьшает доли реагентов и при том же общем давлении их парциальные давления. Одинаковый модуль не означает одинаковой концентрации реагентов.

Перепроверка опубликованного численного примера

В Topsoe, Table 2, с. 8 для ATR указаны H₂ 64,1; CO 27,0; CO₂ 5,0; N₂ 1,6; CH₄ 1,8; H₂O 0,5; Ar 0. В самой таблице отдельная единица долей не подписана. Для проверки принята мольная процентная основа, согласованная с соседним определением M. На базе 100 кмоль сумма равна 100,0.

Мой пересчёт даёт r = 64,1/27,0 = 2,37407 и M = 59,1/32,0 = 1,846875. В источнике напечатано M = 1,84. Эти значения различают: исходные неокруглённые данные и правило округления не опубликованы.

Две независимые алгебраические проверки M = 2:

• Добавление только H₂: 2 × 27 + 3 × 5 − 64,1 = 4,9 кмоль; суммарно 104,9 кмоль. По молярной массе NIST это около 9,88 кг H₂.
• Удаление только CO₂: (59,1 + x)/(32 − x) = 2; x = 1,63333 кмоль, около 71,9 кг CO₂. Суммарно 98,36667 кмоль; запас углерода в оксидах уменьшается с 32 до 30,36667 кмоль.

Все доли после изменения перенормируют. Это математические варианты для опубликованного состава, а не назначения подачи или удаления на установке. Они не учитывают технологические ограничения и дают разный углеродный потенциал.

Почему shift меняет r, но не исправляет M сам по себе

Для реакции водяного газа CO + H₂O ⇌ CO₂ + H₂ при продвижении ξ изменения количеств равны −ξ, −ξ, +ξ и +ξ соответственно. В числителе M добавления H₂ и CO₂ взаимно сокращаются, а в знаменателе количество CO + CO₂ сохраняется. Поэтому M остаётся прежним; r при прямом продвижении и положительном остатке CO растёт.

Вывод действует для самой реакции с закрытым компонентным балансом. Если одновременно добавляется H₂, удаляется CO₂ или смешиваются другие потоки, модуль всей схемы может измениться. Это уже эффект дополнительных потоков, который нельзя приписывать только shift. Равновесие определяет возможное продвижение реакции; приведённая тождественность его не вычисляет.

При смешении свежего газа и рецикла сначала складывают молярные расходы каждого компонента. Модули потоков нельзя просто усреднять: их веса определяются расходами CO + CO₂. Если C_k = F_CO,k + F_CO₂,k, то M_mix = Σ(M_k C_k)/ΣC_k при C_k > 0. Поток чистого H₂, для которого M не определён, включают через полный компонентный баланс.

Загрязнение — это перечень веществ и форм, а не один процент чистоты

Для конкретного потребителя согласуют перечень релевантных соединений и их допускаемые уровни. В первичном отчёте PNNL о газе из угля выделены сернистые и хлорсодержащие компоненты, соли щелочных металлов, аммиак и следовые металлоиды/металлы. Это основание проверять несколько групп примесей; оно не задаёт универсальной спецификации для любого сырья и катализатора (PNNL-23777, Executive Summary).

Набор контроля выбирают по происхождению газа и функциям следующего узла. Следует различать газообразные соединения, пар конденсируемых веществ, жидкий аэрозоль и твёрдые частицы. Анализ только газовой фазы после удаления капель не определяет суммарный перенос загрязнителя всеми фазами. Вода и CO₂ могут быть реагентами, разбавителями или ограничиваемыми компонентами в разных схемах; общий ярлык «примесь» не заменяет указания их роли.

Результат по H₂S не является результатом по всей сере. Для суммарной серы нужны оговорённые формы, охват метода и база пересчёта на S; простое сложение молярных долей молекул с разным числом атомов серы неверно. Аналогично удаление частиц не подтверждает удаления газообразного соединения того же элемента.

В документации Clariant разделены химическое превращение органической серы и удерживание серосодержащих компонентов; описаны также материалы с совмещёнными функциями. Поэтому для каждой ступени важно знать, что именно превращается, что удаляется из потока и каким измерением это проверяют (Clariant, Feed Purification, печ. с. 10–13). Подбор материала, ресурс слоя и кривая проскока относятся к карточке Аппарат с неподвижным слоем сорбента; их нельзя вывести из одного выходного анализа.

Историческая иллюстрация у И. Б. Рапопорта также разделяет грубую и тонкую сероочистку. На печатной/PDF с. 176 описано промежуточное удаление ароматического конденсата, мешавшего последующей очистке. Эта страница оригинала повторно просмотрена 16.10.2026. Из неё используется только различие задач; исторические рецептуры, режимы, показатели эффективности и численные допуски сюда не перенесены.

«Не обнаружено» и «соответствует» — разные заключения

Предел обнаружения LOD характеризует обнаружение аналита с установленной статистической надёжностью; предел количественного определения LOQ — нижний уровень приемлемого количественного результата. Порог относится к конкретной методике и матрице. Предел обнаружения прибора, оценённый без пробоподготовки, не равен автоматически пределу обнаружения всей процедуры. Сообщение «не обнаружено» должно сопровождаться пределом и условиями, а не заменяться нулём (Eurachem, 2025, §5.3.1 и §9).

Для условной примеси Z зададим учебный верхний предел 1,0 мкмоль/моль. Результат «не обнаружено, LOD = 2,0 мкмоль/моль» не подтверждает это требование. Метод должен обеспечивать требуемое решение при этом пределе с учётом заранее выбранного правила, неопределённости и приемлемого риска. Одного значения LOD для подтверждения пригодности метода недостаточно.

В другом условном случае измерено 0,80 мкмоль/моль с расширенной неопределённостью U = 0,30 мкмоль/моль. Если заранее принято правило приёмки c + U ≤ 1,0, получается 1,10 > 1,0: приёмка не подтверждена. Это не доказательство фактического превышения. Правило и приемлемый риск согласуют заранее; охват U и вклад отбора должны быть известны. Eurachem отдельно рассматривает простую приёмку, защитные интервалы и неопределённый результат (руководство 2021, §4). Ни одно число этого примера не является допуском для реальной примеси.

Для динамического потока дополнительно важны длительность усреднения и время отклика. Хороший средний результат не исключает короткого выброса; слишком редкие пробы могут его пропустить. Неопределённость состава исходного потока включает отбор и подготовку, а не только повторяемость показаний анализатора (Eurachem, Measurement uncertainty arising from sampling, 2019).

Точки контроля соответствуют разным границам баланса

Один анализ нельзя автоматически распространить на весь контур. В концептуальной схеме полезно различать следующие точки:

• P1, вход в подготовку: исходная нагрузка по примесям и основные компоненты
• P2, подготовленный свежий газ после последней защитной ступени: результат подготовки до смешения
• P3, смешанное питание потребителя: фактический состав свежего газа с возвратом
• P4, газ после выделения продукта, перед разделением на возврат и продувку: состав циркулирующего остатка
• P5, выводимый поток: компонентные потери и замыкание внешнего баланса; при обычном неселективном делении его состав равен составу P4, но расход иной

Это места в модели потоков, а не инструкция устройства пробоотбора. Реальную схему отбора, безопасность, представительность и сохранность пробы определяют специалисты по конкретной среде. Если между P2 и P3 происходит смешение, анализ P2 не заменяет анализ питания. Если после P4 установлен селективный блок извлечения, равенство составов возврата и вывода уже неприменимо.

Хранение тоже может изменить подготовленный газ

Газгольдер может изменить уже подготовленный газ. В книге 1966 года приведены два наглядных случая: в мокром аппарате испарение воды повышает влажность газа, а часть его компонентов растворяется; в описанных сухих поршневых газгольдерах контакт с маслом или консистентной смазкой загрязняет газ высокой чистоты. Это свойства конкретных способов уплотнения, а не всех накопителей. Если контактный накопитель стоит после очистки, анализ перед ним сам по себе не подтверждает качество питания следующего узла. В границы проверки включают и хранение: с чем газ соприкасается, что может перейти в него и что может уйти из него. Так место накопителя становится частью схемы контроля, а не просто свободным промежутком между двумя аппаратами. [VK66, PDF с. 144, 145]

Для сопоставления входа и выхода учитывают задержку в аппарате и аналитическом тракте. Несовпадение анализов, относящихся к разным состояниям установки, не доказывает накопления или реакции. Изменение компонентного расхода оценивают по произведению согласованного расхода и доли; одной концентрации недостаточно.

Рецикл и продувка: инерт тоже должен выйти

Пусть F — свежий молярный расход, G — газ перед делителем, P — вывод из контура, R — возврат; G = P + R. Для хорошо перемешанного неселективного деления p = P/G и R = (1 − p)G, а составы трёх потоков одинаковы. Инерт I определяют относительно рассматриваемых превращений: он не образуется, не расходуется, не растворяется в выводимом продукте и не удаляется другим путём.

При стационарности баланс всего контура даёт:

F y_I,F = P y_I,G = pG y_I,G.

Внутренний возврат из этого баланса сокращается. Если F y_I,F > 0 и других выходов I нет, нулевая продувка несовместима со стационарностью. При накоплении вместо равенства нулю появляется dN_I/dt = F y_I,F − P y_I,G. Уменьшение p нельзя анализировать при произвольно неизменных G и y_I,G: их значения связаны остальными балансами.

Полностью условный пример без химической реакции

Для проверки возврата я использую безреакционную модель разделения A/I. Свежий поток содержит 98 кмоль/ч A и 2 кмоль/ч I. Идеальный узел выводит в отдельный продукт половину A за проход, весь I остаётся в газе. От остаточного газа 10 % выводится из контура, 90 % возвращается. Потерь и накопления нет. Это авторские учебные числа, не режим синтеза и не подбор продувки технологического газа.

Обозначим расходы на входе узла A₀ и I₀. Из A₀ = 98 + 0,90 × 0,50A₀ и I₀ = 2 + 0,90I₀ получаем A₀ = 178,1818 и I₀ = 20 кмоль/ч. Тогда:

• Отдельный продукт: 89,0909 кмоль/ч A
• Остаточный газ G: 89,0909 A + 20 I = 109,0909 кмоль/ч
• Продувка P: 8,9091 A + 2 I = 10,9091 кмоль/ч
• Возврат R: 80,1818 A + 18 I = 98,1818 кмоль/ч

Внешний баланс A: 98 = 89,0909 + 8,9091; баланс I: 2 = 2; общий баланс: 100 = 89,0909 + 10,9091 кмоль/ч. У I доля в свежем газе равна 2 %, во входе узла 10,09 %, в G и продувке 18,33 %. Различие возникает из-за возврата и селективного извлечения A, а не образования инерта.

Доля вывода 10 % относится к G. Относительно свежего потока P/F = 10,91 %, относительно входа узла — другое число. Извлечение A за проход равно 50 %, а относительно свежего A — 89,0909/98 = 90,91 %. В этой идеальной модели продукт чистый благодаря заданному полному отделению I; ни реальная чистота, ни достижимость разделения расчётом не доказаны.

Конверсия, извлечение и чистота имеют собственные знаменатели

Для реактора стационарная конверсия A за проход может быть записана как X_A = (F_A,in − F_A,out)/F_A,in, если расход A учтён во всех входящих и выходящих фазах и отсутствует накопление. Исчезновение A из измеряемой газовой фазы само по себе не доказывает химического превращения: A мог перейти в жидкость или задержаться внутри границы. В приведённой безреакционной модели правильно говорить об извлечении A.

Для всего контура отдельно определяют превращение или извлечение относительно свежего питания, потери с продувкой и другими выходами, селективность и выход целевого продукта. Большая конверсия CO может сопровождаться образованием CO₂ или побочных продуктов и потому не равна выходу целевого вещества. Чистота же относится к составу выбранного потока, фазе и перечню определяемых примесей. Высокая конверсия не подтверждает ни отсутствие ядов в питании, ни чистоту товарного продукта.

Практическое завершение оценки — согласованный паспорт свежего и смешанного газа, спецификация потребителя, пригодная аналитика и замкнутые компонентные балансы. Для проектируемой установки здесь не выбраны катализатор и допустимые примеси, не установлены исходный анализ, динамика проскоков и состав рецикла. Поэтому статья не устанавливает рабочие параметры синтеза, схему газоочистки и величину продувки. CO токсичен, а водородсодержащие смеси могут быть горючими; безопасное проектирование и обращение с ними не выводятся из приведённой арифметики.

Связи с другими карточками

• Водяной газовый сдвиг: подготовка вторичного синтез-газа и обратная конверсия — проверить на отдельной реакционной стадии, почему H₂/CO меняется, а метанольный модуль сохраняется.
• Подготовка синтез-газа к целевому синтезу — перевести требования паспорта газа в согласование операций, контрольных точек и выходов примесей.

Источники и материалы

Использованная информация

Источники и границы подтверждения

Дата исходной проверки источников: 16 октября 2026 года. Формулы пересчёта долей, компонентные балансы и явно условные примеры выведены из определений; они не являются экспериментальными результатами.

1. P. J. Dahl, T. S. Christensen, S. Winter-Madsen, S. M. King / Topsoe. Proven autothermal reforming technology for modern large-scale methanol plants. Прочитан первичный PDF, печатная/PDF с. 8, Table 2 и определение M. Числа таблицы и собственный пересчёт разделены; рабочие параметры не перенесены.
2. R. A. Dagle et al. / PNNL. Coal-Derived Warm Syngas Purification and CO₂ Capture-Assisted Methane Production, PNNL-23777, 2014. Прочитан Executive Summary, печ. с. iii / PDF с. 4: группы загрязнителей угольного газа. Рецептуры, условия опытов и показатели очистки не использованы как спецификация.
3. Clariant. Catalysts and Adsorbents for Syngas, 2017. Прочитан раздел Feed Purification, печ. с. 10–13 / PDF с. 6–7. Различение превращения и удерживания сернистых компонентов; пределы конкретных продуктов не перенесены.
4. H. Cantwell (ed.), Eurachem. The Fitness for Purpose of Analytical Methods, 3rd edition, 2025. Прочитаны §4.7, §5.3.1 и §9, печ. с. 18–20, 31, 59 / PDF с. 25–27, 38, 66. Границы метода, LOD/LOQ и сообщение результатов. Не методика анализа конкретного технологического газа.
5. A. Williams, B. Magnusson (eds.), Eurachem/CITAC. Use of uncertainty information in compliance assessment, 2nd edition, 2021. Прочитаны §2 и §4, печ. с. 5, 7–9 / PDF с. 11, 13–15. Правила решения и защитный интервал; учебное правило c + U ≤ L не объявлено обязательным для всех применений.
6. M. H. Ramsey, S. L. R. Ellison, P. Rostron (eds.), Eurachem et al. Measurement uncertainty arising from sampling, 2nd edition, 2019. Прочитано официальное описание охвата: отбор и подготовка как части измерения. Полное руководство в этой проверке не заявляется прочитанным.
7. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. Hydrogen и Carbon dioxide. Проверены значения молярной массы 2,01588 и 44,0095 г/моль; те же численные значения в кг/кмоль использованы только для перевода рассчитанных количеств.
8. И. Б. Рапопорт. Искусственное жидкое топливо. Часть II. Синтез моторных топлив из окиси углерода и водорода. Москва–Ленинград, 1950. Повторно визуально прочитана сохранённая первичная печатная/PDF с. 176. Доступный исходный PDF идентифицирован SHA-256 a85a9ba8508d7a55c0f9dfdbb9b795c7ecc2c774fb222a97c30a8f6e562db175. Это историческая иллюстрация различия задач, без переноса рецептур и допусков.

Веревкин С. И., Корчагин В. А. Газгольдеры. Москва: Издательство литературы по строительству, 1966. PDF с. 144–145, визуально проверены. Сведения об исторических конструкциях не задают свойства всех современных накопителей.

03.11.2026: полностью прочитаны текущий текст, все дополнения, библиография, история и план объединения числовой легенды. Все прежние сообщения о чтении книг, PDF и просмотре исходных изображений относятся к историческим проверкам, не к новому просмотру в этом проходе. Заново прочитаны сообщение Enerkem от 30.01.2024 о сворачивании Edmonton, текущая страница предприятия и содержательная часть страницы Repsol об Ecoplanta: проектные 400/240 тыс. т в год и 2029 год не являются фактическим выпуском. При независимой проверке прямым чтением страницы Edmonton подтверждён текущий вывод предприятия из эксплуатации; отрицательный результат поиска слова внутри страницы не принят за отсутствие утверждения. Исторический промышленный случай сохранён. Остальные источниковые сведения сохранены в прежнем ограниченном охвате. Все формулы и учебные балансы перепроверены. Созданы две новые самостоятельные SVG, не восстановлены прежние бинарники; сохранены числовые выноски 1–5, их полная подпись, два медиаслота и связи. Точного обязательного PNG или недостающей геометрии в переданных свидетельствах не найдено. Схема требований не изображает разделение газа; пиктограмма не является сертифицированным знаком. Публикация, авторская и браузерная приёмка не заявлены.