El reformado con vapor o reformado con vapor es un método para producir gas de síntesis ( gas de síntesis) rico en hidrógeno . Esta reacción de hidrocarburos , principalmente metano , en presencia de vapor de agua (ejemplo: reformado con vapor de metano ) es altamente endotérmica . Este método es muy utilizado, particularmente para la producción de gas de síntesis precursor de amoníaco ( método Haber-Bosch ), el precursor de la producción de metanol , la producción de ácido clorhídrico ( clorhidrato ), el proceso de Fischer Tropsch y otros.
La reacción general del reformado con vapor está escrita:
C norte H (2 norte +2) + norte H 2 O ---- norte CO + (2 norte +1) H 2 (1) Ejemplo con n = 1: CH 4 + H 2 O ---- CO + 3H 2 La reacción inversa se llama metanización . Pero una reacción secundaria llamada reacción de gas a agua ( cambio de gas de agua ): CO + H 2 O ---- CO 2 + H 2 (2) así como se observan una serie de otras reacciones: CH 4 ---- C ( coque ) + 2H 2 (3) CH 4 + CO 2 ---- 2CO + 2H 2 (4) 2CO ---- C (coque) + CO 2 (5) En el caso del reformado autotérmico de metano, también ocurren las siguientes reacciones: CH 4 + 0.5O 2 ---- CO + H 2 (6) CH 4 + 2O 2 ---- CO 2 + 2H 2 O (7) CO + 0.5O 2 ---- CO 2 (8) H 2 + 0.5O 2 ---- H 2 O (9)Tiene el gran inconveniente de producir monóxido de carbono , dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno (NOx) que son gases de efecto invernadero . Otros inconvenientes surgen del uso de gases altamente explosivos (hidrógeno), gases altamente tóxicos (monóxido de carbono), condiciones de reacción severas que conducen a la corrosión de las instalaciones.
Otro desafío está en el lado de la eficiencia energética . Las reacciones (1) , (2) , (3) , (4) (5) tienen entalpías estándar de 206 kJ / mol (con n = 1), -41 kJ / mol , 247 kJ / mol , 75 kJ / mol y −173 kJ / mol . Las reacciones (1) y (4) son las únicas que se buscan porque producen moléculas de interés para los procesos posteriores.
Después de la purificación del gas natural , se le agrega vapor de agua y dióxido de carbono. Hay dos proporciones importantes a tener en cuenta: la proporción metano-agua y la proporción agua-dióxido de carbono. Según el principio de Le Chatelier , la presencia de agua promoverá el desplazamiento del equilibrio de las ecuaciones (1) y (2) hacia la derecha, mientras que la presencia de dióxido de carbono desplazará el equilibrio de las ecuaciones (2) y (5) a la izquierda y (4) a la derecha. El propósito de estas modificaciones es maximizar la cantidad de CO y H 2 producidos por mol de metano.
La mezcla de reacción entonces se inyecta a alta temperatura ( 780 a 1.223 mil K ) y alta presión (17- 33 bar) en un reactor de horno compuesta de 500-600 tubos de 70-130 mm de diámetro y de 7-12 m de longitud lleno. un catalizador metálico (níquel y óxido de níquel). En estas condiciones, la conversión es superior al 90%.
Para maximizar la eficiencia energética, el oxígeno puede oxidar el resto del metano y el monóxido de carbono (reacciones (6) (7) (8) (9) ). En el caso del proceso Haber-Bosch , el reformado autotérmico sigue al reformado con vapor convencional. Esta técnica tiene varias ventajas:
El reformado autotérmico es un proceso:
Una forma de hacer las cosas desarrollada por Air Products and Chemicals es utilizar membranas cerámicas avanzadas para reducir el consumo de energía de la producción de oxígeno . Este proceso se utiliza actualmente en una planta piloto. Se prevé una reducción del 30% en el costo de capital de producir gas de síntesis mediante reforma autotérmica.