Výroba vodíku parciální oxidací

Parciální (částečná) oxidace uhlovodíků je poměrně rozšířený způsob výroby syntézních plynů a vodíku. Jako surovinu lze použít jak plynné, tak kapalné frakce z různých procesů zpracování ropy, nejčastěji se ale zplyňují těžké ropné frakce (vakuové zbytky, zbytky z termického a katalytického štěpení), které se obtížně prodávají.

Surovina (obecně CnHm) se zplyňuje kyslíkem a vodní parou při teplotách 1 300 - 1 500 °C a tlacích 3 - 8 MPa.

Zplyňování kyslíkem je vysoce exotermní. Zplyňování vodní parou jednak vede ke vzniku většího množství vodíku než při zplyňování kyslíkem, jednak se touto endotermní reakcí snižuje teplota reakčních produktů na požadovanou úroveň cca 1350 °C.

Sirné sloučeniny obsažené ve zplyňované surovině se převedou převážně na sulfan (cca 95 %) a v malé míře i na karbonylsulfid (cca 5 %). V reakční směsi probíhá řada dalších reakcí, důležitá je hlavně reakce oxidu uhelnatého s vodní párou, která se podílí na vytvoření rovnováhy mezi jednotlivými reakčními produkty.

Parciální oxidací různých surovin se vždy tvoří plynná směs obsahující CO, CO2, H2O, H2, CH4 a ze sirných sloučenin vzniklý H2S a COS. Jako vedlejší produkt vznikají saze, které jsou nežádoucím produktem. Množství sazí stoupá se vzrůstající molekulovou hmotností nástřiku. Při zplyňování metanu jich vzniká cca 0,02 % hm., při zplyňování ropných zbytků 1 - 3 % hm. (vztaženo na použitou surovinu).

Při parciální oxidaci těžkých ropných zbytků (olejů) se předehřátý těžký olej rozprašuje v hořácích do proudu předehřáté směsi kyslíku a vodní páry. Zplyňovací reaktor (generátor) je vertikální prázdná ocelová nádoba se žáruvzdornou vyzdívkou. Hmotnostní poměr těžký olej : kyslík : vodní pára bývá cca 1 : 1,05 : 0,35.

Schéma parciální oxidace těžkých ropných olejů
(1 - generátor, 2 - kotel na výrobu páry, 3 - chladič, 4 - separátor, 5 - pračka)

Horký generátorový plyn se vede do kotle na výrobu vodní páry, kde se ochladí na teplotu cca 260 °C, a současně se zde vyrobí vysokotlaká pára o tlaku až 12 MPa. Část vyrobené páry se používá v procesu parciální oxidace (cca 20 %), zbytek je k dispozici pro jiné využití.

Generátorový plyn se poté v chladiči ochladí nástřikem vody, při tom dojde k odstranění větší části sazí, jejichž zbytek se odstraňuje ve vodní pračce. Saze se z vody extrahují benzinem nebo se voda obsahující saze smíchá se zplyňovanou surovinou a vrací se na parciální oxidaci. Saze se prodávají jako samostatný výrobek, používají např. jako sorbent s velkým povrchem.

Z vyrobeného surového generátorového plynu se vypere kyanovodík a sulfan, pak se oxid uhelnatý zkonvertuje na oxid uhličitý, ten se z plynu vypere např. etanolaminem a zbytky CO a CO2 se poté metanizují stejným způsobem jako při výrobě vodíku parním reformováním. Místo vypírky CO2 a metanizačního reaktoru lze pro odstranění CO2 a zbytků CO použít jednotku PSA.

Složení plynů získaných parciální oxidací mazutu (% obj.)