Při parním reformování reaguje uhlovodíková sloučenina (např. metan) za přítomnosti katalyzátoru s vodní párou. Výsledkem reakce je oxid uhelnatý, vodík [1] a v přebytku vodní páry se také tvoří oxid uhličitý [2]. Pokud suroviny na výrobu vodíku obsahují sloučeniny síry, je nutné odsiřování. Tyto sloučeniny působí na katalyzátor jako katalytický jed.

[1] CH4 + H2O ⟶ CO + 3H2

[2] CH4 + 2H2O ⟶ CO2 + 4H2

V praxi se při parním reformování používá tlak 3 – 5 MPa a teplota 750 – 800 °C. Jako katalyzátor je využíván oxid nikelnatý. Při procesu se využívá přebytek páry 3:1, aby nedocházelo k usazování uhlíku na katalyzátoru.[1] Vzniklý oxid uhelnatý reaguje s vodní párou v dalších reaktorech a je konvertován na oxid uhličitý a vodík [3]. Reakce je exotermní a realizuje se ve dvou stupních. Při prvním stupni je využíván katalyzátor na bázi oxidu železa a chromu. Jedná se o méně aktivní katalyzátor, který je však odolný vůči silným nečistotám. Teplota na vstupu do reaktoru je 380 °C a na výstupu 500 °C. Při druhém stupni se konverze realizuje při daleko nižší teplotě (180 – 230 °C). To umožňuje vysoce aktivní měděný katalyzátor. Dochází ke snížení koncentrace oxidu uhelnatého až na 0,2 – 0,3 % objemu.

[3] CO + H2O ⟶ CO2 + H2

Vodík určený k hydrogenaci nesmí obsahovat kyslíkaté sloučeniny, z toho důvodu se zbylý CO a CO2 převedou zpět na metan [4, 5]. Proces probíhá v metanizačním reaktoru při teplotě okolo 400 °C. Jestliže koncentrace CO a CO2 v surovém plynu překročí 3 % obj., je nutno směs chladit, protože obě reakce jsou exotermní.

[4] CO + 3H2 ⟶ CH4 + H2O

[5] CO2 + 4H2 ⟶ CH4 + 2H2O

Na obr. 1 je znázorněno zjednodušené schéma parního reformování zemního plynu. Odsířený a předehřáty zemní plyn se spolu s potřebným množstvím páry přivede do pece. V peci proběhnou reakce [1] a [2]. Reakční produkty o teplotě kolem 750 °C se vedou přes kotel na výrobu páry a výměník, kde dojde k jejich ochlazení na 360 °C. Produkty dále pokračují do vysokoteplotního a nízkoteplotního konvertoru, kde dochází k přeměně CO na CO2 [3]. Plynné produkty se dále vedou do absorbéru, kde se pomocí ethanolaminu nebo jiným způsobem vypere CO2. Zbylé CO a CO2 se poté převedou v metanizačním reaktoru na metan (děj vyjadřují rovnice 4, 5). Tento postup nám umožňuje výrobu vodíku o čistotě 98 % obj., zbylá procenta tvoří převážně metan.

Obrázek 1: Schéma parního reformování zemního plynu (1 – pec, 2 – kotel na vodní páru, 3 – vysokoteplotní konvertor, 4 – nízkoteplotní konvertor, 5 – absorbér, 6 – desorbér, 7 – metanizér
 

 

Účinnost parní reformace se pohybuje v rozmezí 70 – 85 % (závisí na čistotě vyprodukovaného vodíku a poměru páry a uhlíku ve směsi). Oxid uhličitý získaný parní reformací 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.[1]


[1] Výroba vodíku parním reformováním. Petroleum.cz, [online], http://www.petroleum.cz/zpracovani/ zpracovani-ropy-43.aspx


[1] BLAŽEK, Josef a Vratislav RÁBL. Základy zpracování a využití ropy. 2., přepr. vyd. Praha: VŠCHT, 2006, 254 s. ISBN 80-708-0619-2.