مقاله طراحی یک واحد ریفرمینگ با بخار در مقیاس صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله طراحی یک واحد ریفرمینگ با بخار در مقیاس صنعتی دارای ۱۳۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طراحی یک واحد ریفرمینگ با بخار در مقیاس صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله طراحی یک واحد ریفرمینگ با بخار در مقیاس صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله طراحی یک واحد ریفرمینگ با بخار در مقیاس صنعتی :

– مقدمه
گاز طبیعی غالباً همراه نفت است و نفت را از درون خاک به طرف چاههای استخراج می راند. هنگام بالا رفتن مخلوط نفت و گاز در چاه ها, گاز آزاد شده و مخلوط را به بالای چاه می برد. در نفتهایی که از گاز اشباع نشده اند و فقط تحت فشار آب قرار دارند, مقدار گاز حل شده کمتر و در نفت های فوق اشباع مقدار گاز بیشتر است.
همچنین رگه هایی وجود دارد که فقط دارای گاز طبیعی است و نفت همراه ندارد.
قسمت اعظم گاز طبیعی از متان تشکیل شده است و غیر از متان, هیدروکربورهای گازی دیگر از C2 تا C4 با مقادیر متفاوت و همچنین هیدروکربورهای بالاتر نیز در آن وجود دارد. گاز طبیعی ممکن است خشک و یا مرطوب باشد.

۱-۲- گاز طبیعی در جهان
گاز طبیعی سریعترین رشد را در بخش مصرف انرژی خام جهان در مرجع “چشم انداز انرژی بین المللی در سال ۲۰۰۳ یا IEO” دارد. مصرف گاز طبیعی در سطح جهان به نظر می آید که افزیاش متوسط ۸/۲ درصد سالیانه را از سال ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵ در مقایسه با میزان رشد ۸/۱ درصدی سالیانه که برای مصرف نفت و رشد ۱/۵ درصدی که برای زغال سنگ تصور می شود, خواهد داشت. مصرف گاز طبیعی در سال ۲۰۰۵ به نظر می آید که به ۱۷۶ تریلیون فوت مکعب می رسد که این مقدار تقریباً دو برابر ۹۰ تریلیون فوت مکعبی که در سال ۲۰۰۱ مصرف شده، است. (شکل ۱-۱ و ۱-۲)

شکل (۱-۱) مصرف گاز طبیعی تا سال ۲۰۰۵

‌

شکل (۱-۲) ذخایر گاز طبیعی در مقایسه با ذخایر نفت

سهم گاز طبیعی از کل مصرف انرژی از ۲۳% در سال ۲۰۰۱ به ۲۸% در سال ۲۰۰۵ افزایش می یابد. شکل (۱-۳) مقایسه ای بین ذخایر گاز طبیعی و مصرف آن در سطح جهان ارائه شده است.

شکل (۱-۳) ذخایر گاز طبیعی در مقایسه با مصرف آن

بیشترین رشد را در تقاضای گاز طبیعی, در کشورهای پیشرفته جهان انتظار می رود که در این نقاط, تقاضا کل, ۹/۳% در بین سالهای ۲۰۰۱ و ۲۰۲۵ افزایش می یابد. سطح گاز مورد استفاده در کشورهای پیشرفته در سال ۲۰۲۵ پیش بینی می شود که به ۲ و یا ۵/۱ برابر سطح آن در سال ۲۰۰۱ برسد (شکل ۱-۴)

شکل (۱-۴) مصرف گاز طبیعی تا سال ۲۰۲۵ در کشورهای صنعتی

کشورهای صنعتی شده که در آنها بازار مصرف گاز طبیعی در آنها بیشتر جا افتاده, برای افزایش اطمینان به گاز طبیعی در حال برنامه ریزی هستند. در ۲۴ سال آینده, تقاضا برای گاز طبیعی در مناطق صنعتی, افزایش ۲/۲% سالیانه انتظار می‌رود که داشته باشد، که تقریباً دو برابر سرعت افزایش آن برای نفت خام است. از میان مناطق صنعتی, آمریکای شمالی بیشترین افزایش استفاده از گاز طبیعی به مقدار ۱۹ تریلیون فوت مکعب را بین سالهای ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵ داشته است. (شکل ۱-۵) تنها ایالات متحده ۶۶% از کل افزایش مصرف گاز آمریکای شمالی را به خود اختصاص داده است. در ایالات متحده درخواست گاز طبیعی به ۸/۱% سالیانه افزایش می یابد که این مقدار عمدتاًَ برای تولید انرژی الکتریکی است.
ظرفیت تولید جدید که در ایالات متحده مورد انتظار است, در کل ۸۰% مقدار گاز طبیعی برای سیکل ترکیبی یا تکنولوژی توربین احتراق است.

شکل (۱-۵) مصرف گاز طبیعی بین سالهای ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵

به نظر می آید که در اروپای غربی نیز استفاده از گاز طبیعی با شدت بیشتری از ۴/۲% سرعت رشد میانگین سالیانه در مدت پیش بینی شده, گسترش خواهد یافت.
بازارهای آزاد گاز طبیعی در اتحادیه اروپا از زمانی که قوانین گاز طبیعی در سال ۱۹۹۸ با موافقت اکثر کشورهای عضو برای ایجاد دسترسی آزاد به گاز طبیعی تا سال ۲۰۰۸ تصویب شد, رو به ترقی گذاشت. کل مصرف گاز طبیعی در اروپای غربی به نظر می‌آید که از ۸/۱۴ تریلیون فوت مکعب در سال ۲۰۰۱ به ۹/۲۵ تریلیون فوت مکعب در سال ۲۰۲۵ برسد.
در اروپای شرقی و کشورهای عضو اتحاد جماهیر شوروی سابق (EE / FSU), مصرف گاز طبیعی تصور می شود که افزایش ۹/۲% سالیانه را بین سالهای ۲۰۰۱ و ۲۰۲۵ خواهد داشت. سریعترین رشد گمان می رود که در کشورهای اروپای شرقی که اقتصاد آنها از زمان سقوط شوروی با پیشرفت در حال بازیابی است, باشد. تقاضا در اروپای شرقی برای گاز طبیعی رشد ۶/۴% را احتمالاً خواهد داشت. در FSU, تقاضای گاز طبیعی افزایش نسبتاً آرام ۶/۲ درصدی در سال را به نظر می آید که داشته باشد.
مقدار افزایش رشد گاز طبیعی مبادله شده از طریق مرزهای بین المللی از ۱۹% مصرف جهان در سال ۱۹۹۵ به ۲۵% در سال ۲۰۰۳ رسیده است. خطوط لوله انتقال گاز ۳۹% رشد و مقدار تبادل گاز طبیعی مایع شده (LNG) رشد ۵۵% را بین سالهای ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۱ داشته است. خطوط لوله بین المللی زیادی تاکنون طراحی شده یا قرار است ساخته شود. در حقیقت تعداد زیادی از ذخایر گاز طبیعی در مناطق دور از مرکز تقاضا هستند که این باعث افزایش رقابتی LNG می شود. این موضوع توقع زیادی برای LNG در سطح جهان ایجاد کرده است. شکل (۱-۶) نقش رشد تجارت گاز بین المللی در تجارت جهانی را نشان می دهد و مقایسه ای بین LNG و خط لوله به عمل می آورد.

شکل (۱-۶) نقش رشد تجارت گاز بین المللی در رشد تجارت جهانی
اقتصاد حمل و نقل گاز طبیعی بستگی به تقاضای رایج در مراکز وابسته به قیمت بازار و قیمت گذاری گاز طبیعی دارد, ولی به طور مستقیم مرتبط با قیمت گذاری نفت نیست. شکل ۱-۷ بازارهای گاز (gasmarket) را نشان می دهد.

شکل (۱-۷) بازارهای گاز بین المللی

در آسیا و اروپا, از آنجا که بازارهای LNG به شدت تحت تاثیر بازار تولید نفت قرار دارند تا قیمتهای گاز طبیعی, تجارت گاز طبیعی زمانی رشد مورد تصور را خواهد داشت که مکانیسم های قیمت گذاری به تکامل خود ادامه داده و تجارت بین المللی تسهیل شود و راه برای ایجاد یک بازار جهانی گاز طبیعی هموار شود. شکل ۱-۸ بررسی در مورد فروش گاز در سالهای ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۰ را ارائه داده است.

شکل (۱-۸) تولید گاز و فروش آن بین سالهای ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۰

۱-۳- ذخایر و منابع
از اواسط ۱۹۷۰ میلادی, ذخایر گاز طبیعی جهان به طور کلی روند صعودی را هر ساله داشته است. (شکل ۱-۹) مثلاً در ژانویه ۲۰۰۳ ذخایر اثبات شده گاز طبیعی مطابق آنچه که مجله ژورنال نفت و گاز گزارش کرده, ۵۵۰۱ تریلیون فوت مکعب تخمین زده شده که این مقدار ۵۰ تریلیون فوت مکعب بیشتر از آنچه که در سال ۲۰۰۲ تخمین زده شده است، می‌باشد.

شکل (۱-۹) افزایش ذخایر گاز جهان بعد از سال ۱۹۷۰

ذخایر گاز طبیعی در کشورهای صنعتی ۱۸ تریلیون فوت مکعب در بین سالهای ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۳ افزایش داشته است.
ذخایر EE / FSU 4 میلیون فوت مکعب کاهش یافت که این بخاطر تخمین اشتباه ذخایر گاز ترکمنستان بود, که در آنجا ذخایر گاز ۳۰ تریلیون فوت مکعب کاهش یافت.
بیشتر گاز طبیعی جهان در خاورمیانه و EE / FSU جمع شده است.

شکل (۱-۱۰) ذخایر گاز طبیعی در نقاط مختلف جهان

مصرف گاز طبیعی, مخصوصاً در دهه گذشته, نسبت ذخایر به مصرف در حد بالایی باقی مانده است. در سطح جهانی نسبت ذخایر به مصرف ۹/۶۱ سال تخمین زده می‌شود.
در کشورهای در حال توسعه آسیا یک افزایش ۱۱ تریلیون فوت مکعبی در ذخایر در سال ۲۰۰۳ دیده شد. شکل ۱-۱۱ تحول و تکامل ذخایر اثبات شده گاز طبیعی را از سال ۲۰۰۵ در ۷ منطقه از جهان را مقایسه کرده است.
سازمان زمین شناسی آمریکا (USGS) در فواصل معین پتانسیل تولید منابع نفتی سطح جهان را ارزیابی می کند. (نفت, گاز طبیعی و میعانات گاز طبیعی)
مطابق آخرین براوردهای این سازمان, حجمی عظیم از ذخایر گاز کشف نشده هنوز باقی است, که تقریباً در سطح جهان ۴۸۳۹ تریلیون فوت مکعب است.

۱-۴- چرا از گاز طبیعی استفاده می کنیم؟
ما به چهار علت استفاده از گاز طبیعی را ترجیح می دهیم که اینها عبارتند از:
۱- گاز طبیعی گاز تمیز است, زیرا کمترین میزان کربن در آن وجود دارد.
۲- گاز طبیعی گاز موثری است, زیرا هیچ نیازی به تقویت وکمک تکنولوژی های جدید برای ساختن ندارد و از لحاظ زیست محیطی در بخش نیرو قابل قبول ا ست.
۳- مقرون به صرفه است.
۴- فراوان است.

۱-۵- تکنولوژی های استاندارد گاز طبیعی
تبدیل به مایع شدن تکنولوژی‌های تولیدحمل و نقل تبخیر مجدد LNG
تراکم حمل و نقل خالی کردنCNG
تولید حمل و نقل تجدید گاز NGH
هیدراته

سنتز هیدروکربن به روز کردن سوختهای مایع اتیلن GTL
تولید گاز سنتز
متانول (MTO) متانول به اولفین ها پروپلین GTO

شکل (۱-۱۱) تکنولوژی‌های گاز طبیعی

۱-۶- سیمای صنعت گاز ایران
ذخایر نفت و گاز ایران در سال ۸۱ معادل ۲۷۰ میلیارد بشکه معادل نفت خام براورد گردیده است که ۳۷ درصد آن به نفت خام و ۶۳ درصد آن به گاز طبیعی اختصاص یافته است. ۴۸% آن در مناطق خشکی می باشند. ذخایر و منابع گاز طبیعی در مناطق جنوبی و در نزدیکی آبهای خلیج فارس قرار گرفته اند.
تولید گاز طبیعی در جهت پاسخگویی به تقاضای داخلی و یا صادراتی عمدتاً از منابع گازی مستقل انجام می گیرد و گازهای همراه تولیدی از منابع مشترک نفت و گاز عمدتا جهت تزریق به میادین نفتی مورد استفاده قرار می گیرند. بهره گیری از مزیت نسبی گاز طبیعی در جهت تامین انرژی داخل کشور و نیز گسترش برنامه های مبادلات بین المللی گاز طبیعی در راستای ارتقای نسبی گاز طبیعی در بازارهای بین المللی از اهداف مهم و استراتژیک صنعت گساز در آینده بشمار می رود.
جایگاه ایران در بازارهای بین المللی از اهداف مهم و استراتژیک صنعت گاز کشور در آینده بشمار می رود.
با توجه به روند مصرف گاز طبیعی در کشور سهم گاز طبیعی در سبد انرژی مصرفی کشور از ۲۶ درصد در سال ۱۳۷۰ به ۴۶ درصد در سال ۸۰ افزایش یافته است. (و در مقابل سهم فراوردهای نفتی در این دوره از ۶۴ درصد به ۴۷ درصد کاهش یافت) رشد مصرف گاز طبیعی در ایران در طی سالی ۱۳۷۰ تا ۱۳۸۰ از متوسط رشد سالانه ای به میزان ۱۴ درصد برخوردار نبودن است و این امر در حالی است که مصرف گاز در این دوره تنها دارای رشد سالانه ای به میزان ۸/۱ درصد می باشد.
در راستای تحقق سیاست جای گزینی گاز با سایر حاملهای انرژی تلاشهای گسترده‌ای جهت توسعه هر چه بیشتر سیستم گاز رسانی در کشور انجام گرفته است. شرکت ملی گاز ایران از طریق ایجاد سیستم گاز رسانی در بسیاری از مناطق مختلف کشور متأثر از ویژگی‌های خاص جغرافیایی میادین نفتی و گاز است و لذا با توجه به این امر در حال حاضر ایران از سیستم به هم پیوسته گسترده گاز رسانی برخوردار می‌باشد. توسعه این سیستم در جهت تحقق و هدف جای گزینی گاز با سبد حاملهای انرژی و در راستای تأمین امنیت عرضه انرژی است.

۱- ۷- پالایش گاز طبیعی در ایران:
ظرفیت پالایش و نم زدایی گاز طبیعی ایران با برخورداری از متوسط رشد سالانه ۹ درصدی در دهه اخیر در سال ۱۳۸۰ به ۲۱۱ میلیون متر مکعب در روز رسیده است. با توجه به تمرکز قابل ملاحظه میادین گاز کشور در مناطق جنوبی امکانات پالایشی و نم زدایی کشور نیز عمدتاً در این ناحیه مستقر می باشند. براساس پیش بینی های انجام شده در برنامه پنچ ساله توسعه ظرفیت پالایش و نم زدایی در سال ۱۳۸۳ با متوسط رشد سالانه به میزان ۱۸ درصد به ۳۴۵ میلیون متر مکعب در روز خواهد رسید. برخی از طرح های پالایشی عمده که طی برنامه پنج ساله توسعه به اجراء در خواهد آمد به شرح زیر است:
– احداث پالایشگاه عسلویه به ظرفیت ۷۵ میلیون متر مکعب در روز جهت بهره برداری از فازهای ۱ و ۲ و ۳ پارس جنوبی که در حال حاضر در دست اقدام است و بهره برداری از فازهای ۲ و ۳ انجام گرفته است.
– احداث پالایشگاه دیگری در عسلویه با ظرفیت ۵۰ میلیون متر مکعب در روز جهت بهره گیری از فازهای ۴ و ۵ پارس جنوبی
– احداث پالایشگاه دوم بید بلند با ظرفیت ۵۶ میلیون متر مکعب در روز
– احدث پالایشگاه پارسیان فاز اول و بخش اول از فاز دوم و بخش دوم از فاز دوم به ظرفیت های به ترتیب ۵۵, ۲۱ و ۲۰ میلیون متر مکعب در روز.

۱- ۸- سیستم انتقال گاز طبیعی:
سیستم انتقال گاز طبیعی کشور شامل انتقال فشار قوی است و ایستگاه های تقویت فشار گاز نیز طی دهه های اخیر از افزایش قابل ملاحظه ای برخوردار بوده است. بطوریکه خطوط انتقال گاز کشور طی دهه اخیر با متوسط رشد سالانه به میزان ۸/۲ درصد در پایان سال ۸۰ به ۳/۱۵ هزار کیلومتر رسیده است. ایران در حال حاضر دارای سه خط لوله اصلی فشار قوی سراسری (TGAT I & II & III) می باشد و احداث خطوط چهارم و پنجم سراسری نیز در مرحله اجراست.

فصل دوم:

روشهای تولید گاز سنتز

۲-۱- مقدمه
۲-۱-۱- اهمیت گاز سنتز
۲-۲- عمده مصارف گاز سنتز
۲-۳- روشهای تولید گاز سنتز
۲-۳-۱- گازی شکل کردن زغال سنگ
۲-۳-۲- رمزینگ بخار (SMR)
۲-۳-۳- رمزینگ حرارتی خود به خود (ATR)
۲-۳-۴- اکسیداسیون جزئی (POX)
۲-۳-۵- اکسیداسیون جزئی کاتالیستی (CPO)
۲-۳-۶- رمزینگ دو مرحله‌ای
۲-۳-۷- رمزینگ تبدیل حرارتی
۲-۳-۸- روشهای ترکیبی رمزینگ
۲-۳-۹- رمزینگ حرارتی با گاز (GHR)
۲-۳-۱۰- سیستم ریفرمینگ اتوترمال ترکیبی (CAR)

۲-۱- مقدمه
اصطلاح گاز سنتز به مخلوط های گازی اطلاق می شود که محتوی Co و H2 به نسبت‌های مختلف باشند, H2 و Co دو ماده مهم در صنایع شیمیایی محسوب شده و دارای مصارف و کاربردهای فراوانی می باشند. Co در تولید رنگ ها, پلاستیک ها, فوم‌ها, حشره کش ها, علف کش ها, اسیدها و ; به کار می رود, از جمله مصارف هیدروژن نیز می توان به تولید آمونیاک, هیدروژناسیون و هیدروکراکینگ اشاره نمود.
گاز سنتز ماده اولیه بسیار با ارزشی جهت تولید مواد متنوع شیمیایی می باشد, با استفاده از این گاز و فرایندهای مختلف, می توان مواد متنوع شیمیایی زیادی را تولید نمود که بسته به روش تولید آن, نسبت های مختلف هیدروژن به Co بدست می آید. همچنین در موارد مصرف درصنعت, بسته به فرایندی که گاز در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد, نسبت های مختلف لازم است. خوراکهای گاز سنتز می تواند هیدروکربنها, زغال سنگ, نفت, گاز طبیعی و پس ما نده های نباتی و حیوانی باشد.

۲-۱-۱- اهمیت گاز سنتز
اکثر روشهای استفاده از گاز طبیعی جهت تولید فراورده های با ارزش, مستلزم تولید گاز سنتز به عنوان حد واسطه می‌باشند, متاسفانه با وجود اینکه زمان زیادی از شناخته شدن تولید گاز سنتز در دنیا می گذر‌د, کلیه واحدهای تولید گاز سنتز در کشور توسط شرکت های خارجی نصب و راه اندازی شده اند.
در سالهای اخیر تلاشهای گسترده جهانی جهت استفاده موثر از گاز طبیعی و تبدیل آن به محصولات با ارزش و آسان از نظر حمل و نقل نظیر متانول, سوخت های هیدروکربنی مایع و مواد اولیه پتروشیمی نظیر اتیلن و سایر اولفین های سبک، انجام شده است که در این میان تولید و استفاده از گاز سنتز جایگاه ویژه ای در صنعت به خود اختصاص داده است.

۲-۲- عمده مصارف گاز سنتز:
۱- تهیه متانول: از آنجایی که متانول به مقدار زیاد در سنتز استیک اسید مصرف می‌شود, اهمیت فراوانی در صنعت دارد. متانول طبق واکنش زیر از گاز سنتز تهیه می‌شود:
(۲-۱)
۲- تهیه اتیلن گلیکول: در این روش اتیلن گلیکول بر اثر تراکم گاز سنتز در فشار بالا و در حضور کاتالیست بدست می آید.
(۲-۲)
۳- واکنشهای هیدروفرمیل دار کردن: در این نوع واکنشها از اولفین ها با استفاده از گاز سنتز, آلدئید تولید می شود. این واکنش اکسوسنتز (oxo reactions) نامیده می‌شود.
(۲-۳)
۴- سنتز فیشر ـ ترویش (Fischer – Tropsch reaction)
در این فرایند گاز سنتز به مولکولهای بنزینی در گستره C8 تبدیل می شود. در اصل این واکنش اولیگر امریزاسیون منوکسید کربن بوسیله هیدروژن جهت تشکیل محصولات آلی است.
(۲-۴)
۵- احیای سنگ آهن: جهت احیای سنگ آهن بدست آمده از معادن, از گاز سنتز استفاده می شود. در این فرایند آهن یا پودر آن به وسیله احیای مستقیم کانی های آهن بدست می آیند.
(۲-۵)
(۲-۶)
۶- مصارف دیگر: از جمله مصارف گاز سنتز, می توان به تهیه الکل های سنگین, دی متیل اتر, استرها, کتونها, هیدروکربورها و غیره اشاره کرد و البته یکی از مهمترین آنها تهیه آمونیاک است.
– در جدول زیر بعضی از نسبت های مهم برای کاربردهای متنوع گاز سنتز آورده شده است.
استفاده های اصلی مخلوط ها
هیدروکراکینگ و هیدروتریتینگ برای تصفیه H2
خوراک پلنت آمونیاک ۳H2 : 1 N2
الکانها (واکنش فیشر ـ ترویش) ۲H2 : 1 Co
خوراک پلنت متانول ۲H2 : 1Co
الدئیدها و الکل ها (واکنشهای اکسو) ۱ H2 : 1 Co
اسیدها (فرمیک و استیک) Co
جدول (۲-۱) مقایسه نسبت های مختلف کاربردهای گاز سنتز

۲-۳- روشهای تولید گاز سنتز

۲-۳-۱- گازی شکل کردن زغال سنگ (Coal Gasification)
این روش اولین روش تولید گاز سنتز است. یکی از روشهای قدیمی در تولید مخلوط‌های غنی از منوکسید کربن و هیدروژن از لحاظ صنعتی این روش بوده است. در این روش یک بستر از کک داغ به طور یک در میان در معرض هوا و بخار آب قرار می گرفت. در خلال مدت دمش هوا, مقداری از کک گرم شده, در بستر سوزانده شده تا به دمای تقریباً ۱۰۰۰oC می رسید. پس از دمش هوا, دمش بخار موجب واکنش کلی زیر می شود:
(۲-۷)
استفاده از بخار در این مرحله منجر به استفاده دوباره از روش “گاز آب” در رجوع به مخلوط مونوکسید کربن و هیدروژن تشکیل شده, می شود. واکنش برخلاف واکنش‌های بسیار گرمازا کربن با اکسیژن که درمدت دمش هوا اتفاق می افتد. گرماگیر است ( برای کربن گرانیتی). افزایش دمای بستر در مرحله احتراق گرمازا, گرمای مورد نیاز برای واکنش گرماگیر بعدی بخار آب با کک را فراهم می آورد.
در ۱۰۰۰oC, دی اکسید کربن به صورت جزئی مطابق واکنش کلی زیر تشکیل می‌شود:
(۲-۸)
اگر تعادل برا ی وا کنشهای (۲-۷) و (۲-۸) فرض شود, محاسبات ترمودینامیکی ترکیب مخلوط گازی را نشان می دهد که دی اکسید کربن و آب تنها بصورت مقادیر جزئی در ۱۰۰۰ oC مطابق با مشاهداتی که در ژنراتورهای گاز آب اولیه دیده می شود, ارائه می شوند.
واکنش ۲-۸ مثل واکنش ۲-۷, گرماگیر است, اما گرمای واکنش کمتر است. ( برای کربن گرانیتی)
ما یادآور می شویم که معادله واکنش (۲-۸) یک ترکیب ساده از معادله واکنش (۲-۷) و معادله واکنش (۲-۹) که به اصطلاح “جابجایی گاز آب” نامیده میشود، است و از ترکیب Co با H2o حاصل می شود, است.
(۲-۹)
این واکنش گرمازاست.
به خاطر ارزش های گرمایی بالای این واکنشها, مخلوط های گاز آب غنی از منوکسید کربن و هیدروژن, در ابتدا بعنوان سوخت مورد توجه قرار گرفتند. سپس آنها به جای منابع H2 یا Co یا مخلوط هایی از این دو برای سنتز مواد شیمیایی گوناگون, اهمیت پیدا کردند.
یک مثال خیلی مهم ابتدایی, بازیافت هیدروژن به روش گاز آب برای استفاده در سنتز کاتالیستی آمونیاک از عناصر نیتروژن و هیدروژن بود.
(۲-۱۰)
در این مثال بخصوص, نیتروژن واکنش از همان عملیاتی که برای مخلوط گاز آب استفاده شد, می تواند بدست آید زیرا گاز بدست آمده از راکتور در مدت دمش هوا شامل بیشترین مقدار کربن و مونوکسید کربن می شد که در آن اکسیژن بطور کامل مصرف می شد.
محصولات در مدت دمش های متناوب هوا و بخار آب با کک ترکیب می شوند, اگر چه شامل مقدار بزرگی از یک مخلوط N2, Co و H2 با مقدار اضافی CO2 باشند.۱
وقتی غلظت Co در مخلوط به سطح خیلی پایینی کاهش می یابد, از طریق واکنش جابجایی گاز آب می تواند بهره برداری شود. تعادل واکنش با اضافه کردن بخار اضافی آب به مخلوط, بسوی غلظت های بیشتر Co و H2, جابجا می شود. به طور همزمان سرد شدن مخلوط تا دمای حدود ۵۰۰ oC انجام می شود.
سرعت رضایت بخش واکنش از تماس مخلوط با کاتالیست اکسید آهن بدست می‌آید.
غلظت Co تا سطح حدود ۱% کاهش می یابد و co بصورت یک سم قوی برای کاتالیست فلز آهن استفاده شده در سنتز آمونیاک و با تماس مخلوط گاز با محلول آمونیاکی یک نمک مس جدا می شود. قبل از آنکه co در این روش جدا شود, co2 بوسیله تماس با آب تحت فشار بالا در یک برج جذب جدا می شود. یکی از پیشرفت‌های بعدی برای جدا کردن مقادیر جزئی co, واکنش هیدروژن با متان بروی یک کاتالیست نیکل است.
یک مثال دیگر در جایی که هم هیدروژن و هم منوکسید کربن از یک مخلوط گاز آب در تولید محصول شیمیایی مهم برای سنتز کاتالیستی متانول استفاده می شود.
(۲-۱۱)
۲-۳-۲- رفرمینگ بخار (steam reforming)
در دهه ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ استفاده از گاز طبیعی (متان) نسبت به کک گداخته در تولید گاز سنتز مورد توجه بیشتری قرار گرفت. واکنش کلی بین متان و بخار آب رخ می‌دهد.
(۲-۱۲)
که به شدت گرماگیر است, . یک کاتالیست معمولی شامل بعنوان جزء سازنده فعال استفاده می شود. فرایند معمولاً با بخار اضافی در دماهای بالاتر از ۸۰۰ oC عمل می کند. (بیشتر نسبت H2o به CH4 از ۲:۱ تا ۴:۱ است).
ترکیبات گاز تولید شده به طورکلی نزدیک به تعادل مورد نیاز است. شکل ۲-۲ طرحهای ثابت های تعادلی را بعنوان تابعی از دما برای واکنشهاهی مهم رفرمنیگ را نشان می دهد.
در یک فشار راکتور و نسبت مولی آب به متان معین, در جریان ورودی گاز, مقدار Co با افزایش دما, زیاد می شود تا جایی که مقادیر دی اکسید کربن و متان کاهش می‌یابد.
اگر فشار راکتور افزایش یابد, مقادیر متان و آب کلاً افزایش می یابد.
در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰, پیشرفت جالبی در استفاده از نفتا به عنوان خوراک سبک به وجود آمد, بخصوص نفتای بسیار پارافینی خاورمیانه که خوراک نامطلوبی برای تولید هیدروکربنهای آروماتیکی بوسیله رفرمنیگ کاتالیستی است.