Bƣớc tinh chế khí cuối cùng trƣớc khi vào tháp tổng hợp là metan hoá, một quá trình mà các loại cacbon oxit dƣ sẽ đƣợc chuyển hoá thành metan. Metan đóng vai trò nhƣ một khí trơ trong chu trình tổng hợp amôniắc. Ngƣợc lại, các hợp chất chứa oxy nhƣ là cacbon oxit (CO và CO2) là cực kỳ độc hại đối với chất xúc tác tổng hợp amôniắc.
Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá 10-R-3001, và các phản ứng liên quan là những phản ứng ngƣợc của phản ứng reforming:
CO + 3H2 ⇄ CH4 + H2O + Q CO2 + 4H2 ⇄ CH4 + 2H2O + Q
Các đại lƣợng có tính chất quyết định đến các phản ứng metan hoá là nhiệt độ, áp suất, và hàm lƣợng hơi nƣớc trong khí công nghệ.
Nhiệt độ thấp, áp suất cao và hàm lƣợng hơi nƣớc thấp giúp cho cân bằng hoá học của phản ứng chuyển về phía metan hoá.
Trong khoảng nhiệt độ đƣợc gợi ý là 280-450oC, tuy nhiên, các điều kiện cân bằng là hoàn toàn có lợi đến mức hoạt tính xúc tác trên thực tế chỉ là một nhân tố xác định hiệu suất của quá trình metan hoá. Hoạt tính của chất xúc tác tăng khi tăng nhiệt độ, nhƣng tuổi thọ của chất xúc tác lại giảm đi.
Nhiệt độ đầu vào của bình metan hoá 10-R-3001 đƣợc thiết kế là 300oC tại lúc khởi động. Khí ra khỏi thiết bị metan hoá thông thƣờng chứa bé hơn 10 ppm CO+CO2, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác thông thƣờng nằm trong khoảng 20o
C.
Phản ứng metan hoá bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 210 oC, nhƣng để đảm bảo hiệu quả hàm lƣợng CO và CO2 thấp trong trong khí tổng hợp, nhiệt độ vận hành nên trong khoảng 250-340 oC tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác và thành phần khí công nghệ.Nhiệt độ phát nhiệt tăng lên là 74oC/%mol CO và 60oC/%mol CO2.
Hình 3.14: Công nghệ metan hóa Khí công nghệ đi vào công đoạn metan hoá đƣợc mô tả nhƣ sau:
Khí công nghệ từ tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002) đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ này khi chúng đi qua bộ trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-3011 và bộ cân bằng nhiệt (10-E- 2011).
Trong vận hành bình thƣờng, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác cần nằm trong khoảng 20oC, tƣơng ứng với nhiệt độ đầu ra khoảng 320oC. Bộ trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-
3011 làm lạnh khí đƣợc tinh lọc đến khoảng 74oC. Khí sau đó đƣợc dẩn đến bộ làm lạnh cuối cùng 10-E-3021 và bộ tách khí cuối cùng 10-V-3011, nơi mà nƣớc ngƣng tụ đƣợc tách ra khỏi khí công nghệ.
CO đƣợc chuyển hóa nhanh ở phần đỉnh của thiết bị Mêtan hóa, trong khi đó chuyển hóa CO2 diễn ra chậm hơn nhiều
Ở điều kiện vận hành bình thƣờng, lƣợng CO + CO2 vào bình metan hóa khoảng 0.2-0.4% và nồng độ CO + CO2 đầu ra chỉ một vài ppm với tỷ lệ CO2/CO khoảng 5-10, nhiệt độ trong thiết bị Metan hóa tăng lên khoảng 15-30ºC.
b.Chất mang xúc tác
Ngoài pha hoạt động, chất mang của xúc tác cũng đóng vai trò quan trọng độ bền, hoại tính, ... của xúc tác. Những kết quả nghiên cứu gần đây của Phòng Dầu khí - Xúc tác, Viện Công nghệ Hóa học đã đƣa ra một số kết luận đáng chú ý về xúc tác niken trên các chất mang khác nhau nhƣ: TiO2, Y - Al2O3, SiO2,...
Chất mang silicagel:
*Là chất rắn trong suốt hay hạt mờ với lỗ xốp có đƣờng kính khoảng 3- 10 nm, cấu trúc xốp có thể dao động trong khoảng 20-60% tùy thuộc vào loại silicagei, bề mặt riêng 200-800m2/g.
*Phụ thuộc vào bản chất và yêu cầu của quá trình, silicagel có thể đóng vai trò nhƣ chất mang của chất xúc tác hoạt động với các yêu cầu về lƣợng, kích thƣớc, bề mặt riêng, cấu trúc xốp và độ xốp hoặc là chất xúc tác.
*Bản chất của silicagel là hydroxit vô định hình của silic (Si02.nH20), là hợp chất với thành phần biến đổi có khả năng phản ứng cao.
Chất mang oxit nhôm:[6]
*Gồm các dạng �-Al203 rắn chắc, độ xốp kém (5-25%); � -A1203 (còn gọi là oxit nhôm hoạt động). Độ bền � -Al2O3 tuy kém hơn �-Al2O3 nhƣng thể tích riêng lớn 50-70%-, bề mặt riêng 120-150m2/g.
*Oxit nhôm hoạt động � -Al2O3 đƣợc sử dụng trong xúc tác của các