Quá trình này dựa trên cơ sở phản ứng giữa metan với oxi và hơi nớc. Sơ đồ cụng nghệ quỏ trỡnh chuyển hoỏ cú xỳc tỏc.
Hỡnh 2.4. Sơ đồ cụng nghệ chuyển hoỏ khụng cú xỳc tỏc
Trước hết hỗn hợp qua lũ gia nhiệt sơ bộ, sau đú chuyển hoỏ cú xỳc tỏc Ni ở nhiệt độ cao. Quỏ trỡnh bao gồm cả cỏc phản ứng thu nhiệt và cỏc phản ứng quỏ trỡnh oxy hoỏ khụng hồn tồn.
Quỏ trỡnh cú xỳc tỏc hoạt tớnh cao dẫn đến tạo thành một lượng đỏng kể CO2 khỏi hỗn hợp khớ tổng hợp trước khi đưa đi sử dụng.
Quỏ trỡnh yờu cầu ỏp suất cao hơn quỏ trỡnh chuyển hoỏ bằng hơi nước, tiờu tốn năng lượng thấp hơn cho quỏ trỡnh nộn, và cú thể sử dụng ngay cho quỏ trỡnh tổng hợp metanol.
Hĩng Howe Baker Engineers sử dụng cụng nghệ chuyển hoỏ tự nhiệt bằng hơi nước để sản xuất khớ tổng hợp cú độ tinh khiết cao làm nguyờn liệu cho tổng cỏc hợp chất hữu cơ.
Tiêu biểu cho cơng nghệ này là cơng nghệ của hãng Howe Baker Engineers.
Khớ tửù nhiẽn O 2 Hụi nửụực tuần hoaứn (khõng baột buoọc) 2 CO 1 3 2 4 thaứnh phaồm 2 H CO 6 Khớ toồng hụùp 5 thaứnh phaồm
Thuyết minh:
Nguyờn liệu được gia nhiệt sơ bộ tại thiết bị gia nhiệt (1) được loại bỏ cỏc hợp chất chứa lưu huỳnh tại thiết bị (2), sau đú hỗn hợp với nước và CO2 tuần hồn (nếu cần).
Hỗn hợp được đưa vào thiết bị chuyển hoỏ (3) chứa xỳc tỏc. Ban đầu hỗn hợp khớ đốt chỏy tại buồng đốt ở phớa trờn của thiết bị. Phản ứng oxi hoỏ một phần xảy ra tại vựng chỏy, sau đú qua lớp xỳc tỏc tiếp tục chuyển hoỏ bằng hơi nước. Hỗn hợp khớ ra khỏi thiết bị ATR cú nhiệt độ 1000 ữ 11000C. Sau khi làm nguội tại thiết bị trao đổi nhiệt (4) được tỏch CO2 tại thiết bị (5). Hỗn hợp khớ tổng hợp thành phẩm nhận được bao gồm CO và H2 cú thể dựng làm nguyờn liệu cho sản xuất một số hợp chất hoỏ học như metanol và cỏc rượu cao hơn, cũng cú thể đưa đi sử lý tiếp (thường là phõn tỏch nhiệt độ thấp) tại thiết bị tỏch (6) để nhận được từng cấu tử riờng biệt CO và H2 cú độ tinh khiờt cao.
CO2 nhận được từ thiết bị tỏch (5) cú thể cho hồn tồn lại để điều chỉnh tỉ lệ H2/CO trong hỗn hợp khớ tổng hợp thành phẩm. Nếu sử dụng nguyờn liệu là khớ tự nhiờn, tỉ lệ H2/CO nằm khoảng 2,7 (nếu khụng tuần hồn CO2) đến 1,6 (nếu tuần hồn tồn bộ CO2)
Trong cụng nghệ này khụng thể sử dụng khụng khớ làm tỏc nhõn oxy hoỏ ban đầu vỡ N2 sẽ làm cho giảm độ tinh khiết của khớ thành phẩm. Cụng nghệ này cú giỏ trị cao về mặt kinh tế nếu như oxy cú sẵn với giỏ rẻ.
Trờn hỡnh 2.6 là sơ đồ cụng nghệ chuyển hoỏ tự nhiệt bằng hơi nước của hĩng Hatdol Topsoe
4. Thiết bị trao đổi nhiệt; 5. Thiết bị tỏch CO2.
Cụng nghệ này kết hợp cả hai quỏ trỡnh oxy hoỏ khụng hồn tồn bằng oxy và chuyển hoỏ bằng hơi nước trong thiết bị chuyển hoỏ ATR với lớp xỳc tỏc cố định (xỳc tỏc niken). Sơ đồ bao gồm thiết bị cỏc hợp chất lưu huỳnh trỏnh ngộ độc xỳc tỏc (nếu nguyờn liệu cú hàm lượng cỏc hợp chất lưu huỳnh thấp dưới mức cho phộp thỡ cú thể khụng cần thỏp này), thiết bị chuyển hoỏ tự nhiệt (3) gồm đốn đốt, phũng đốt và tầng xỳc tỏc niken, thiết bị tự nhiệt (4) tận dụng nhiệt của sản phẩm để sản xuất hơi nước, thỏp tỏch (5) để loại CO2. Đốn đốt của thiết bị ATR được làm bằng hợp kim chịu nhiệt độ cao và cú độ bền chống mài mũn cơ học bảo đảm tuổi thọ lõu dài trong quỏ trỡnh làm việc của thiết bị.
Sản phẩm của quỏ trỡnh là khớ tổng hợp co tỷ lệ cần thiết, hoặc khớ CO2 và H2
tinh khiết phục vụ cho sản xuất metanol, amoniac hoặc nhiờn liệu tổng hợp.
2.2.3. Cụng nghệ tổ hợp
Khi yờu cầu phải khống chế chặt chẽ tỷ lệ H2/CO trong khớ tổng hợp, hoặc tăng ỏp suất đồng thời tiết kiệm oxy người ta sử dụng quỏ trỡnh tổ hợp gồm cú thiết bị chuyển hoỏ sơ cấp và thứ cấp. Trong thiết bị phản ứng sơ cấp, khớ tự nhiờn được chuyển hoỏ bằng một dũng hơi nước nhỏ sau đú nú được dẫn vào thiết bị chuyển hoỏ thứ cấp cú xỳc tỏc thực hiện tiếp quỏ trỡnh chuyển hoỏ tự cung cấp nhiệt nhờ bổ sung oxy.
Để tổng hợp amoniac, đõy là một quỏ trỡnh rất phự hợp khi sử dụng oxy khụng khớ trong thiết bị thứ cấp với tỷ lệ O2/H2 là 3. Trong trường hợp này CO chuyển hoỏ tiếp nhờ hơi nước thành CO2 và H2 theo phản ứng.
CO + H2O CO2 + H2
Sau đú CO2 được tỏch ra. Trong trường hợp dư nitơ, cú thể bổ sung oxy với tỷ lệ trong khoảng 0,35 ữ 0,45 nhỏ hơn trong quỏ trỡnh oxy hoỏ khụng xỳc tỏc với oxy hoỏ cú xỳc tỏc.
Oxy Thieỏt bũ phaỷn ửựng sụ caỏp Khớ toồng hụùp Hụi nửụực Khớ tửù nhiẽn Thieỏt bũ phaỷn ửựng thửự caỏp Hỡnh 2.7: Sơ đồ cụng nghệ quỏ trỡnh tổ hợp
u điểm của quá trình chuyển hố tổ hợp là áp suất cĩ thể tăng tới 3,5- 4,5 MPa do sự giảm nhiệt độ đầu ra của giai đoạn chuyển hĩa sơ cấp, dẫn đến giảm đợc 50% cơng suất máy nén so với quá trình chuyển hĩa bằng hơi nớc.
Khớ tổng hợp nhận được nhờ quỏ trỡnh chuyển hoỏ tổ hợp này cú tỷ lệ, thành phần thớch hợp cho quỏ trỡnh tổng hợp amoniac, metanol.