Výroba vodíku parním reformováním

Surovinou pro výrobu vodíku parním reformování je nejčastěji zemní plyn. V případě, že surovina obsahuje sloučeniny síry, musí se odsiřovat, protože sirné sloučeniny působí na katalyzátory parního reformování jako katalytický jed.

Parní reforming se provádí v peci při teplotě 750 - 800 °C a tlaku 3 - 5 MPa v trubkách naplněných katalyzátorem na bázi oxidu nikelnatého. Surovina (metan) reaguje s vodní párou za vzniku oxidu uhelnatého, oxidu uhličitého a vodíku.

Reforming se provádí v přebytku vodní páry cca 3 : 1, aby nedocházelo k usazování uhlíku na katalyzátoru, a aby se posouvala rovnováha těchto vratných endotermních reakcí směrem k reakčním produktům.

Schéma parního reformování zemního plynu
(1 - pec, 2 - kotel na výrobu páry, 3 - vysokoteplotní konvertor CO,
4 - nízkoteplotní konvertor CO, 5 - absorbér CO2, 6 - desorbér CO2, 7 - metanizér)

Reakční produkty o teplotě cca 750 °C se vedou přes kotel na výrobu páry a výměník, kde se ochladí na cca 360 °C, do konvertorů, kde se CO reakcí s další vodní párou přemění na CO2.

Tato vratná exotermní reakce se obvykle realizuje ve dvou stupních. V prvním, tzv. vysokoteplotním stupni, je užíván vůči sirným nečistotám odolnější, ale méně aktivní katalyzátor na bázi oxidů železa a chrómu. V tomto konvertoru dojde v důsledku probíhající exotermní reakce ke zvýšení teploty produktů na cca 500 °C. Zvýšená teplota zmenšuje rovnovážný výtěžek CO2 a H2, proto se produkty ochladí a vedou do nízkoteplotního konvertoru. V nízkoteplotním konvertoru, který je naplněn vysoce aktivním měděným katalyzátorem, dojde při teplotě 180 - 230 °C ke snížení koncentrace oxidu uhelnatého až na 0,2 - 0,3 % obj.

Plynné produkty se na výstupu z nízkoteplotního konvertoru ochladí a vedou se do absorbéru, kde se pomocí etanolaminů nebo jiným způsobem vypere CO2.

Vodík používaný pro hydrogenace nesmí obsahovat kyslíkaté sloučeniny, proto se zbytky CO a CO2 obsažené v plynu převedou zpět na metan v metanizačním reaktoru při teplotě okolo 400 °C. Tento krok je prováděn na pevném loží niklového katalyzátoru (10 - 20 % hm. niklu naneseného na nosiči). Obě reakce jsou exotermní, je-li koncentrace CO a CO2 v surovém plynu větší než 3 % obj., je nutno reakční směs chladit.

Místo vypírky CO2 a metanizačního reaktoru lze pro odstranění CO2 a zbytků CO použít jednotku PSA.

Oxid uhličitý získaný parním reformingem nebo parciální oxidací se buď vypouští do atmosféry nebo se po důkladném vyčistění zkapalňuje a někdy i převádí do tuhého stavu (suchý led) a používá se ke chlazení např. v potravinářském průmyslu.

Obdobným způsobem lze vodík vyrábět i z etanu a propanu, které se v rafinérii získávají jako vedlejší produkty zejména při štěpných procesech, nebo z lehkého benzinu, pokud je ho v rafinérii přebytek.