Quá trình xảy ra theo phản ứng chính (tỏa nhiệt ∆H= -36 KJ/mol) CH4 + 1/2O2 -> CO + 2H2
CnHm + n/2O2 -> CO + m/2H2
Quá trình này có thể không sử dụng xúc tác nhưng phản ứng phải xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Để giảm điểu kiện phản ứng, sử dụng xúc tác là
Ni, kim loại chuyển tiếp trong quá trình tổng hợp, còn gọi là quy trình oxy hóa riêng phần có xúc tác (CPO).
Khí tổng hợp tạo thành có tỷ lệ H2/CO gần bằng 2, và sản phẩm phụ gồm CO2 và H2O
2.3.2.1. Các gỉai đoạn quá trình phản ứng
Ở giai đoạn đầu: Nguyên liệu được phân tán vào cùng với oxy. Hỗn hợp này được gia nhiệt. Phản ứng cracking xảy ra, tạo thành carbon, methane, hydro và các hydrocarbons.
Giai đoạn 2: Một phần các hydrocarbon được chuyển hóa khi đạt đến nhiệt độ xảy ra phản ứng cháy:
CnHm + (n/2 + m/2)O2 -> n CO + m/2 H2O Cùng lúc đó, xảy ra các phản ứng:
CnHm + m CO2 -> 2n CO + m/2 H2 CnHm + mH2O -> n co + (m/2 + n) H2
Giai đoạn 3: Khí nhiệt độ ừong thiết bị phản ứng rất cao, xảy ra các phản ứng phụ:
2.3.2.2. Xúc tác
Ngoài Nikel, các kim loại chuyển tiếp như Co, Fe và kim loại đất hiếm khác như Ru, Rh, Pd, Pt, Ir cũng có hoạt tính xúc tác cho quá trình oxy hóa riêng phần methane. Xúc tác Nikel được nghiên cứu nhiều nhất vì giá thành rẻ. Tuy nhiên, nó nhanh bị mất hoạt tính vì sự tạo cốc carbon trên bề mặt, hòa tan carbon vào Ni hoặc mất mát kim loại ở nhiệt độ cao.
Hình 20: Quy trình oxy hóa riêng phần