В предыдущей статье о производстве аммиака мы упоминали «классическую технологию», основанную на схеме с двухстадийным паровым риформингом природного газа (метана). Как несложно догадаться, паровой риформинг проходит в два этапа.
Основные задачи секции риформинга — по максимуму конвертировать метан в водород, а также добавить в технологический газ необходимое количество азота.
Паровой риформинг — сильно эндотермическая реакция, и, следовательно, требует подвода большого количества тепла.
Первая стадия, она же первичный риформинг, протекает в трубчатых печах.
Природный газ, предварительно очищенный от сернистых соединений, смешивается с паром, подогревается до 450-550°С и поступает в вертикально расположенные трубы, в которые загружен катализатор. Трубы располагаются в радиантной (топочной) камере печи, подвод тепла осуществляется за счет сжигания топливного газа в горелках, преимущественно посредством излучения от пламени горелок и футерованных стен, которые образуют отражающую поверхность с низким поглощением тепла.
Температура дымовых газов достигает 1100 градусов. Их остаточное тепло используется в конвекционной зоне печи для подогрева других компонентов, участвующих в производстве аммиака (воды, технологического воздуха и природного газа для секции очистки от серы, парогазовой смеси для подачи в реакционные трубы, а также для перегрева пара). Тип и расположение горелок могут меняться в зависимости от особенностей конструкции печи.
На выходе из реакционных труб получается конвертированный газ, состоящий из водорода, оксидов углерода и некоторого остаточного количества непрореагировавшего метана (обычно в интервале 9–13 сухих молярных %). Температура на выходе реакционных труб составляет 780-820°С.
Количество реакционных труб варьируется от нескольких десятков до нескольких сотен, в зависимости от мощности агрегата аммиака. Температура стенок реакционных труб обычно на 70-100°С выше, чем температура технологического газа на выходе.
Далее конвертированный газ подается в реактор вторичного риформинга. Это вертикальный реактор шахтного типа, в нижнюю часть которого загружен катализатор, а в верхней части, как правило, располагается горелка-смеситель. Смесь конвертированного газа и пара подается в горелку, где смешивается с предварительно подогретым воздухом. При этом часть метана и водорода сгорает, обеспечивая высокую температуру — в диапазоне 1100-1200 градусов в зоне горения. На катализаторе протекает реакция парового риформинга оставшейся части метана.
Высокие температуры способствуют более глубокой конверсии. Как правило, остаточное содержание метана на выходе реактора вторичного риформинга не превышает 0,5 сухих молярных % , а температура конвертированного газа на выходе снижается до 950-1050 градусов.
Таким образом, на выходе реактора вторичного риформинга получается конвертированный газ, состоящий из водорода и азота, некоторого количества оксидов углерода, остаточного метана и некоторых других примесей.