Reforming parowy i reforming pary jest sposób wytwarzania gazu syntezowego (gazu syntezowego) bogaty w wodór . Ta reakcja węglowodorów , głównie metanu , w obecności pary wodnej (przykład: reforming parowy metanu ) jest silnie endotermiczna . Metoda ta jest szeroko stosowana, szczególnie do produkcji gazu syntezowego, prekursora amoniaku ( metoda Haber-Bosch ), prekursora produkcji metanolu , produkcji kwasu solnego ( chlorowodorku ), procesu Fischera Tropscha i innych.
Ogólną reakcję reformingu parowego napisano:
C n H (2 n +2) + n H 2 O ---- n CO + (2 n +1) H 2 (1) Przykład z n = 1: CH 4 + H 2 O ---- CO + 3H 2 Odwrotna reakcja nazywa się metanacją . Ale reakcja uboczna zwana reakcją gazu na wodę ( przesunięcie gazu wodnego ): CO + H 2 O ---- CO 2 + H 2 (2) a także szereg innych reakcji: CH 4 ---- C ( koks ) + 2H 2 (3) CH 4 + CO 2 ---- 2CO + 2H 2 (4) 2CO ---- C (koks) + CO 2 (5) W przypadku autotermicznego reformingu metanu zachodzą również następujące reakcje: CH 4 + 0,5 O 2 ---- CO + H 2 (6) CH 4 + 2O 2 ---- CO 2 + 2H 2 O (7) CO + 0,5 O 2 ---- CO 2 (8) H 2 + 0,5 O 2 ---- H 2 O (9)Ma dużą wadę polegającą na wytwarzaniu tlenku węgla , dwutlenku węgla i tlenków azotu (NOx), które są gazami cieplarnianymi . Inne wady wynikają z zastosowania gazów silnie wybuchowych (wodór), gazów silnie toksycznych (tlenek węgla), ciężkich warunków reakcji, które prowadzą do korozji instalacji.
Kolejne wyzwanie dotyczy efektywności energetycznej . Reakcje (1) , (2) , (3) , (4) (5) mają standardowe entalpii z 206 kJ / mol (przy n = 1) -41 kJ / mol , 247 kJ / mol , 75 kJ / mol i -173 kJ / mol . Reakcje (1) i (4) są jedynymi poszukiwanymi, ponieważ wytwarzają cząsteczki interesujące dla dalszych procesów.
Po oczyszczeniu gazu ziemnego dodaje się do niego parę wodną i dwutlenek węgla. Należy zwrócić uwagę na dwa ważne wskaźniki: stosunek metanu do wody i stosunek wody do dwutlenku węgla. Zgodnie z zasadą Le Chateliera obecność wody będzie sprzyjać przesunięciu równowagi równań (1) i (2) w prawo, podczas gdy obecność dwutlenku węgla przesunie równowagę równań (2) i (5) do w lewo i (4) w prawo. Celem tych modyfikacji jest maksymalizacja ilości CO i H 2 wytwarzanych na mol metanu.
Mieszanina reakcyjna jest następnie wtryskiwany w wysokiej temperaturze ( 780 do 1223 K ) i wysokiego ciśnienia (17- 33 bar), do reaktora o pojemności pieca składa się z rur 500-600 70-130 mm w średnicy i 7-12 m długości wypełniony a. katalizator metaliczny (nikiel i tlenek niklu). W tych warunkach konwersja jest większa niż 90%.
Aby zmaksymalizować efektywność energetyczną, resztę metanu i tlenku węgla można utleniać tlenem (reakcje (6) (7) (8) (9) ). W przypadku procesu Habera-Boscha reformowanie autotermiczne następuje po konwencjonalnym reformingu parowym. Ta technika ma kilka zalet:
Reformowanie autotermiczne to proces:
Jednym ze sposobów realizacji rozwiązań opracowanych przez firmę Air Products and Chemicals jest stosowanie zaawansowanych membran ceramicznych w celu zmniejszenia zużycia energii podczas produkcji tlenu . Ten proces jest obecnie stosowany w zakładzie pilotażowym. Przewiduje się obniżenie kosztów kapitałowych produkcji gazu syntezowego poprzez reformowanie autotermiczne o 30%.