– مقدمه
گاز طبيعي غالباً همراه نفت است و نفت را از درون خاك به طرف چاههاي استخراج مي راند. هنگام بالا رفتن مخلوط نفت و گاز در چاه ها, گاز آزاد شده و مخلوط را به بالاي چاه مي برد. در نفتهايي كه از گاز اشباع نشده اند و فقط تحت فشار آب قرار دارند, مقدار گاز حل شده كمتر و در نفت هاي فوق اشباع مقدار گاز بيشتر است.
همچنين رگه هايي وجود دارد كه فقط داراي گاز طبيعي است و نفت همراه ندارد.
قسمت اعظم گاز طبيعي از متان تشكيل شده است و غير از متان, هيدروكربورهاي گازي ديگر از C2 تا C4 با مقادير متفاوت و همچنين هيدروكربورهاي بالاتر نيز در آن وجود دارد. گاز طبيعي ممكن است خشك و يا مرطوب باشد.

۱-۲- گاز طبيعي در جهان
گاز طبيعي سريعترين رشد را در بخش مصرف انرژي خام جهان در مرجع “چشم انداز انرژي بين المللي در سال ۲۰۰۳ يا IEO” دارد. مصرف گاز طبيعي در سطح جهان به نظر مي آيد كه افزياش متوسط ۸/۲ درصد ساليانه را از سال ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵ در مقايسه با ميزان رشد ۸/۱ درصدي ساليانه كه براي مصرف نفت و رشد ۱/۵ درصدي كه براي زغال سنگ تصور مي شود, خواهد داشت. مصرف گاز طبيعي در سال ۲۰۰۵ به نظر مي آيد كه به ۱۷۶ تريليون فوت مكعب مي رسد كه اين مقدار تقريباً دو برابر ۹۰ تريليون فوت مكعبي كه در سال ۲۰۰۱ مصرف شده، است. (شكل ۱-۱ و ۱-۲)

شكل (۱-۱) مصرف گاز طبيعي تا سال ۲۰۰۵

شكل (۱-۲) ذخاير گاز طبيعي در مقايسه با ذخاير نفت

سهم گاز طبيعي از كل مصرف انرژي از ۲۳% در سال ۲۰۰۱ به ۲۸% در سال ۲۰۰۵ افزايش مي يابد. شكل (۱-۳) مقايسه اي بين ذخاير گاز طبيعي و مصرف آن در سطح جهان ارائه شده است.

شكل (۱-۳) ذخاير گاز طبيعي در مقايسه با مصرف آن

بيشترين رشد را در تقاضاي گاز طبيعي, در كشورهاي پيشرفته جهان انتظار مي رود كه در اين نقاط, تقاضا كل, ۹/۳% در بين سالهاي ۲۰۰۱ و ۲۰۲۵ افزايش مي يابد. سطح گاز مورد استفاده در كشورهاي پيشرفته در سال ۲۰۲۵ پيش بيني مي شود كه به ۲ و يا ۵/۱ برابر سطح آن در سال ۲۰۰۱ برسد (شكل ۱-۴)

شكل (۱-۴) مصرف گاز طبيعي تا سال ۲۰۲۵ در كشورهاي صنعتي

كشورهاي صنعتي شده كه در آنها بازار مصرف گاز طبيعي در آنها بيشتر جا افتاده, براي افزايش اطمينان به گاز طبيعي در حال برنامه ريزي هستند. در ۲۴ سال آينده, تقاضا براي گاز طبيعي در مناطق صنعتي, افزايش ۲/۲% ساليانه انتظار مي‌رود كه داشته باشد، كه تقريباً دو برابر سرعت افزايش آن براي نفت خام است. از ميان مناطق صنعتي, آمريكاي شمالي بيشترين افزايش استفاده از گاز طبيعي به مقدار ۱۹ تريليون فوت مكعب را بين سالهاي ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵ داشته است. (شكل ۱-۵) تنها ايالات متحده ۶۶% از كل افزايش مصرف گاز آمريكاي شمالي را به خود اختصاص داده است. در ايالات متحده درخواست گاز طبيعي به ۸/۱% ساليانه افزايش مي يابد كه اين مقدار عمدتاًَ براي توليد انرژي الكتريكي است.
ظرفيت توليد جديد كه در ايالات متحده مورد انتظار است, در كل ۸۰% مقدار گاز طبيعي براي سيكل تركيبي يا تكنولوژي توربين احتراق است.

شكل (۱-۵) مصرف گاز طبيعي بين سالهاي ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵

به نظر مي آيد كه در اروپاي غربي نيز استفاده از گاز طبيعي با شدت بيشتري از ۴/۲% سرعت رشد ميانگين ساليانه در مدت پيش بيني شده, گسترش خواهد يافت.
بازارهاي آزاد گاز طبيعي در اتحاديه اروپا از زماني كه قوانين گاز طبيعي در سال ۱۹۹۸ با موافقت اكثر كشورهاي عضو براي ايجاد دسترسي آزاد به گاز طبيعي تا سال ۲۰۰۸ تصويب شد, رو به ترقي گذاشت. كل مصرف گاز طبيعي در اروپاي غربي به نظر مي‌آيد كه از ۸/۱۴ تريليون فوت مكعب در سال ۲۰۰۱ به ۹/۲۵ تريليون فوت مكعب در سال ۲۰۲۵ برسد.
در اروپاي شرقي و كشورهاي عضو اتحاد جماهير شوروي سابق (EE / FSU), مصرف گاز طبيعي تصور مي شود كه افزايش ۹/۲% ساليانه را بين سالهاي ۲۰۰۱ و ۲۰۲۵ خواهد داشت. سريعترين رشد گمان مي رود كه در كشورهاي اروپاي شرقي كه اقتصاد آنها از زمان سقوط شوروي با پيشرفت در حال بازيابي است, باشد. تقاضا در اروپاي شرقي براي گاز طبيعي رشد ۶/۴% را احتمالاً خواهد داشت. در FSU, تقاضاي گاز طبيعي افزايش نسبتاً آرام ۶/۲ درصدي در سال را به نظر مي آيد كه داشته باشد.
مقدار افزايش رشد گاز طبيعي مبادله شده از طريق مرزهاي بين المللي از ۱۹% مصرف جهان در سال ۱۹۹۵ به ۲۵% در سال ۲۰۰۳ رسيده است. خطوط لوله انتقال گاز ۳۹% رشد و مقدار تبادل گاز طبيعي مايع شده (LNG) رشد ۵۵% را بين سالهاي ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۱ داشته است. خطوط لوله بين المللي زيادي تاكنون طراحي شده يا قرار است ساخته شود. در حقيقت تعداد زيادي از ذخاير گاز طبيعي در مناطق دور از مركز تقاضا هستند كه اين باعث افزايش رقابتي LNG مي شود. اين موضوع توقع زيادي براي LNG در سطح جهان ايجاد كرده است. شكل (۱-۶) نقش رشد تجارت گاز بين المللي در تجارت جهاني را نشان مي دهد و مقايسه اي بين LNG و خط لوله به عمل مي آورد.

شكل (۱-۶) نقش رشد تجارت گاز بين المللي در رشد تجارت جهاني
اقتصاد حمل و نقل گاز طبيعي بستگي به تقاضاي رايج در مراكز وابسته به قيمت بازار و قيمت گذاري گاز طبيعي دارد, ولي به طور مستقيم مرتبط با قيمت گذاري نفت نيست. شكل ۱-۷ بازارهاي گاز (gasmarket) را نشان مي دهد.

شكل (۱-۷) بازارهاي گاز بين المللي

در آسيا و اروپا, از آنجا كه بازارهاي LNG به شدت تحت تاثير بازار توليد نفت قرار دارند تا قيمتهاي گاز طبيعي, تجارت گاز طبيعي زماني رشد مورد تصور را خواهد داشت كه مكانيسم هاي قيمت گذاري به تكامل خود ادامه داده و تجارت بين المللي تسهيل شود و راه براي ايجاد يك بازار جهاني گاز طبيعي هموار شود. شكل ۱-۸ بررسي در مورد فروش گاز در سالهاي ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۰ را ارائه داده است.

شكل (۱-۸) توليد گاز و فروش آن بين سالهاي ۲۰۰۲ تا ۲۰۱۰

۱-۳- ذخاير و منابع
از اواسط ۱۹۷۰ ميلادي, ذخاير گاز طبيعي جهان به طور كلي روند صعودي را هر ساله داشته است. (شكل ۱-۹) مثلاً در ژانويه ۲۰۰۳ ذخاير اثبات شده گاز طبيعي مطابق آنچه كه مجله ژورنال نفت و گاز گزارش كرده, ۵۵۰۱ تريليون فوت مكعب تخمين زده شده كه اين مقدار ۵۰ تريليون فوت مكعب بيشتر از آنچه كه در سال ۲۰۰۲ تخمين زده شده است، مي‌باشد.

شكل (۱-۹) افزايش ذخاير گاز جهان بعد از سال ۱۹۷۰

ذخاير گاز طبيعي در كشورهاي صنعتي ۱۸ تريليون فوت مكعب در بين سالهاي ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۳ افزايش داشته است.
ذخاير EE / FSU 4 ميليون فوت مكعب كاهش يافت كه اين بخاطر تخمين اشتباه ذخاير گاز تركمنستان بود, كه در آنجا ذخاير گاز ۳۰ تريليون فوت مكعب كاهش يافت.
بيشتر گاز طبيعي جهان در خاورميانه و EE / FSU جمع شده است.

شكل (۱-۱۰) ذخاير گاز طبيعي در نقاط مختلف جهان

مصرف گاز طبيعي, مخصوصاً در دهه گذشته, نسبت ذخاير به مصرف در حد بالايي باقي مانده است. در سطح جهاني نسبت ذخاير به مصرف ۹/۶۱ سال تخمين زده مي‌شود.
در كشورهاي در حال توسعه آسيا يك افزايش ۱۱ تريليون فوت مكعبي در ذخاير در سال ۲۰۰۳ ديده شد. شكل ۱-۱۱ تحول و تكامل ذخاير اثبات شده گاز طبيعي را از سال ۲۰۰۵ در ۷ منطقه از جهان را مقايسه كرده است.
سازمان زمين شناسي آمريكا (USGS) در فواصل معين پتانسيل توليد منابع نفتي سطح جهان را ارزيابي مي كند. (نفت, گاز طبيعي و ميعانات گاز طبيعي)
مطابق آخرين براوردهاي اين سازمان, حجمي عظيم از ذخاير گاز كشف نشده هنوز باقي است, كه تقريباً در سطح جهان ۴۸۳۹ تريليون فوت مكعب است.

۱-۴- چرا از گاز طبيعي استفاده مي كنيم؟
ما به چهار علت استفاده از گاز طبيعي را ترجيح مي دهيم كه اينها عبارتند از:
۱- گاز طبيعي گاز تميز است, زيرا كمترين ميزان كربن در آن وجود دارد.
۲- گاز طبيعي گاز موثري است, زيرا هيچ نيازي به تقويت وكمك تكنولوژي هاي جديد براي ساختن ندارد و از لحاظ زيست محيطي در بخش نيرو قابل قبول ا ست.
۳- مقرون به صرفه است.
۴- فراوان است.

۱-۵- تكنولوژي هاي استاندارد گاز طبيعي
تبديل به مايع شدن تكنولوژي‌هاي توليد→حمل و نقل → تبخير مجدد LNG
تراكم →حمل و نقل → خالي كردنCNG
توليد → حمل و نقل → تجديد گاز NGH
هيدراته

سنتز هيدروكربن → به روز كردن → سوختهاي مايع → اتيلن → GTL
توليد گاز سنتز
متانول → (MTO) متانول به اولفين ها → پروپلين → GTO

شكل (۱-۱۱) تكنولوژي‌هاي گاز طبيعي

۱-۶- سيماي صنعت گاز ايران
ذخاير نفت و گاز ايران در سال ۸۱ معادل ۲۷۰ ميليارد بشكه معادل نفت خام براورد گرديده است كه ۳۷ درصد آن به نفت خام و ۶۳ درصد آن به گاز طبيعي اختصاص يافته است. ۴۸% آن در مناطق خشكي مي باشند. ذخاير و منابع گاز طبيعي در مناطق جنوبي و در نزديكي آبهاي خليج فارس قرار گرفته اند.
توليد گاز طبيعي در جهت پاسخگويي به تقاضاي داخلي و يا صادراتي عمدتاً از منابع گازي مستقل انجام مي گيرد و گازهاي همراه توليدي از منابع مشترك نفت و گاز عمدتا جهت تزريق به ميادين نفتي مورد استفاده قرار مي گيرند. بهره گيري از مزيت نسبي گاز طبيعي در جهت تامين انرژي داخل كشور و نيز گسترش برنامه هاي مبادلات بين المللي گاز طبيعي در راستاي ارتقاي نسبي گاز طبيعي در بازارهاي بين المللي از اهداف مهم و استراتژيك صنعت گساز در آينده بشمار مي رود.
جايگاه ايران در بازارهاي بين المللي از اهداف مهم و استراتژيك صنعت گاز كشور در آينده بشمار مي رود.
با توجه به روند مصرف گاز طبيعي در كشور سهم گاز طبيعي در سبد انرژي مصرفي كشور از ۲۶ درصد در سال ۱۳۷۰ به ۴۶ درصد در سال ۸۰ افزايش يافته است. (و در مقابل سهم فراوردهاي نفتي در اين دوره از ۶۴ درصد به ۴۷ درصد كاهش يافت) رشد مصرف گاز طبيعي در ايران در طي سالي ۱۳۷۰ تا ۱۳۸۰ از متوسط رشد سالانه اي به ميزان ۱۴ درصد برخوردار نبودن است و اين امر در حالي است كه مصرف گاز در اين دوره تنها داراي رشد سالانه اي به ميزان ۸/۱ درصد مي باشد.
در راستاي تحقق سياست جاي گزيني گاز با ساير حاملهاي انرژي تلاشهاي گسترده‌اي جهت توسعه هر چه بيشتر سيستم گاز رساني در كشور انجام گرفته است. شركت ملي گاز ايران از طريق ايجاد سيستم گاز رساني در بسياري از مناطق مختلف كشور متأثر از ويژگي‌هاي خاص جغرافيايي ميادين نفتي و گاز است و لذا با توجه به اين امر در حال حاضر ايران از سيستم به هم پيوسته گسترده گاز رساني برخوردار مي‌باشد. توسعه اين سيستم در جهت تحقق و هدف جاي گزيني گاز با سبد حاملهاي انرژي و در راستاي تأمين امنيت عرضه انرژي است.

۱- ۷- پالايش گاز طبيعي در ايران:
ظرفيت پالايش و نم زدايي گاز طبيعي ايران با برخورداري از متوسط رشد سالانه ۹ درصدي در دهه اخير در سال ۱۳۸۰ به ۲۱۱ ميليون متر مكعب در روز رسيده است. با توجه به تمركز قابل ملاحظه ميادين گاز كشور در مناطق جنوبي امكانات پالايشي و نم زدايي كشور نيز عمدتاً در اين ناحيه مستقر مي باشند. براساس پيش بيني هاي انجام شده در برنامه پنچ ساله توسعه ظرفيت پالايش و نم زدايي در سال ۱۳۸۳ با متوسط رشد سالانه به ميزان ۱۸ درصد به ۳۴۵ ميليون متر مكعب در روز خواهد رسيد. برخي از طرح هاي پالايشي عمده كه طي برنامه پنج ساله توسعه به اجراء در خواهد آمد به شرح زير است:
– احداث پالايشگاه عسلويه به ظرفيت ۷۵ ميليون متر مكعب در روز جهت بهره برداري از فازهاي ۱ و ۲ و ۳ پارس جنوبي كه در حال حاضر در دست اقدام است و بهره برداري از فازهاي ۲ و ۳ انجام گرفته است.
– احداث پالايشگاه ديگري در عسلويه با ظرفيت ۵۰ ميليون متر مكعب در روز جهت بهره گيري از فازهاي ۴ و ۵ پارس جنوبي
– احداث پالايشگاه دوم بيد بلند با ظرفيت ۵۶ ميليون متر مكعب در روز
– احدث پالايشگاه پارسيان فاز اول و بخش اول از فاز دوم و بخش دوم از فاز دوم به ظرفيت هاي به ترتيب ۵۵, ۲۱ و ۲۰ ميليون متر مكعب در روز.

۱- ۸- سيستم انتقال گاز طبيعي:
سيستم انتقال گاز طبيعي كشور شامل انتقال فشار قوي است و ايستگاه هاي تقويت فشار گاز نيز طي دهه هاي اخير از افزايش قابل ملاحظه اي برخوردار بوده است. بطوريكه خطوط انتقال گاز كشور طي دهه اخير با متوسط رشد سالانه به ميزان ۸/۲ درصد در پايان سال ۸۰ به ۳/۱۵ هزار كيلومتر رسيده است. ايران در حال حاضر داراي سه خط لوله اصلي فشار قوي سراسري (TGAT I & II & III) مي باشد و احداث خطوط چهارم و پنجم سراسري نيز در مرحله اجراست.

فصل دوم:

روشهاي توليد گاز سنتز

۲-۱- مقدمه
۲-۱-۱- اهميت گاز سنتز
۲-۲- عمده مصارف گاز سنتز
۲-۳- روشهاي توليد گاز سنتز
۲-۳-۱- گازي شكل كردن زغال سنگ
۲-۳-۲- رمزينگ بخار (SMR)
2-3-3- رمزينگ حرارتي خود به خود (ATR)
2-3-4- اكسيداسيون جزئي (POX)
2-3-5- اكسيداسيون جزئي كاتاليستي (CPO)
2-3-6- رمزينگ دو مرحله‌اي
۲-۳-۷- رمزينگ تبديل حرارتي
۲-۳-۸- روشهاي تركيبي رمزينگ
۲-۳-۹- رمزينگ حرارتي با گاز (GHR)
2-3-10- سيستم ريفرمينگ اتوترمال تركيبي (CAR)

۲-۱- مقدمه
اصطلاح گاز سنتز به مخلوط هاي گازي اطلاق مي شود كه محتوي Co و H2 به نسبت‌هاي مختلف باشند, H2 و Co دو ماده مهم در صنايع شيميايي محسوب شده و داراي مصارف و كاربردهاي فراواني مي باشند. Co در توليد رنگ ها, پلاستيك ها, فوم‌ها, حشره كش ها, علف كش ها, اسيدها و … به كار مي رود, از جمله مصارف هيدروژن نيز مي توان به توليد آمونياك, هيدروژناسيون و هيدروكراكينگ اشاره نمود.
گاز سنتز ماده اوليه بسيار با ارزشي جهت توليد مواد متنوع شيميايي مي باشد, با استفاده از اين گاز و فرايندهاي مختلف, مي توان مواد متنوع شيميايي زيادي را توليد نمود كه بسته به روش توليد آن, نسبت هاي مختلف هيدروژن به Co بدست مي آيد. همچنين در موارد مصرف درصنعت, بسته به فرايندي كه گاز در آن مورد استفاده قرار مي‌گيرد, نسبت هاي مختلف لازم است. خوراكهاي گاز سنتز مي تواند هيدروكربنها, زغال سنگ, نفت, گاز طبيعي و پس ما نده هاي نباتي و حيواني باشد.

۲-۱-۱- اهميت گاز سنتز
اكثر روشهاي استفاده از گاز طبيعي جهت توليد فراورده هاي با ارزش, مستلزم توليد گاز سنتز به عنوان حد واسطه مي‌باشند, متاسفانه با وجود اينكه زمان زيادي از شناخته شدن توليد گاز سنتز در دنيا مي گذر‌د, كليه واحدهاي توليد گاز سنتز در كشور توسط شركت هاي خارجي نصب و راه اندازي شده اند.
در سالهاي اخير تلاشهاي گستردة جهاني جهت استفاده موثر از گاز طبيعي و تبديل آن به محصولات با ارزش و آسان از نظر حمل و نقل نظير متانول, سوخت هاي هيدروكربني مايع و مواد اوليه پتروشيمي نظير اتيلن و ساير اولفين هاي سبك، انجام شده است كه در اين ميان توليد و استفاده از گاز سنتز جايگاه ويژه اي در صنعت به خود اختصاص داده است.

۲-۲- عمده مصارف گاز سنتز:
۱- تهيه متانول: از آنجايي كه متانول به مقدار زياد در سنتز استيك اسيد مصرف مي‌شود, اهميت فراواني در صنعت دارد. متانول طبق واكنش زير از گاز سنتز تهيه مي‌شود:
(۲-۱)
۲- تهيه اتيلن گليكول: در اين روش اتيلن گليكول بر اثر تراكم گاز سنتز در فشار بالا و در حضور كاتاليست بدست مي آيد.
(۲-۲)
۳- واكنشهاي هيدروفرميل دار كردن: در اين نوع واكنشها از اولفين ها با استفاده از گاز سنتز, آلدئيد توليد مي شود. اين واكنش اكسوسنتز (oxo reactions) ناميده مي‌شود.
(۲-۳)
۴- سنتز فيشر ـ ترويش (Fischer – Tropsch reaction)
در اين فرايند گاز سنتز به مولكولهاي بنزيني در گستره C8 تبديل مي شود. در اصل اين واكنش اوليگر امريزاسيون منوكسيد كربن بوسيله هيدروژن جهت تشكيل محصولات آلي است.
(۲-۴)
۵- احياي سنگ آهن: جهت احياي سنگ آهن بدست آمده از معادن, از گاز سنتز استفاده مي شود. در اين فرايند آهن يا پودر آن به وسيله احياي مستقيم كاني هاي آهن بدست مي آيند.
(۲-۵)
(۲-۶)
۶- مصارف ديگر: از جمله مصارف گاز سنتز, مي توان به تهيه الكل هاي سنگين, دي متيل اتر, استرها, كتونها, هيدروكربورها و غيره اشاره كرد و البته يكي از مهمترين آنها تهيه آمونياك است.
– در جدول زير بعضي از نسبت هاي مهم براي كاربردهاي متنوع گاز سنتز آورده شده است.
استفاده هاي اصلي مخلوط ها
هيدروكراكينگ و هيدروتريتينگ براي تصفيه H2
خوراك پلنت آمونياك ۳H2 : 1 N2
الكانها (واكنش فيشر ـ ترويش) ۲H2 : 1 Co
خوراك پلنت متانول ۲H2 : 1Co
الدئيدها و الكل ها (واكنشهاي اكسو) ۱ H2 : 1 Co
اسيدها (فرميك و استيك) Co
جدول (۲-۱) مقايسه نسبت هاي مختلف كاربردهاي گاز سنتز

۲-۳- روشهاي توليد گاز سنتز

۲-۳-۱- گازي شكل كردن زغال سنگ (Coal Gasification)
اين روش اولين روش توليد گاز سنتز است. يكي از روشهاي قديمي در توليد مخلوط‌هاي غني از منوكسيد كربن و هيدروژن از لحاظ صنعتي اين روش بوده است. در اين روش يك بستر از كك داغ به طور يك در ميان در معرض هوا و بخار آب قرار مي گرفت. در خلال مدت دمش هوا, مقداري از كك گرم شده, در بستر سوزانده شده تا به دماي تقريباً ۱۰۰۰oC مي رسيد. پس از دمش هوا, دمش بخار موجب واكنش كلي زير مي شود:
(۲-۷)
استفاده از بخار در اين مرحله منجر به استفاده دوباره از روش “گاز آب” در رجوع به مخلوط مونوكسيد كربن و هيدروژن تشكيل شده, مي شود. واكنش برخلاف واكنش‌هاي بسيار گرمازا كربن با اكسيژن كه درمدت دمش هوا اتفاق مي افتد. گرماگير است ( براي كربن گرانيتي). افزايش دماي بستر در مرحله احتراق گرمازا, گرماي مورد نياز براي واكنش گرماگير بعدي بخار آب با كك را فراهم مي آورد.
در ۱۰۰۰oC, دي اكسيد كربن به صورت جزئي مطابق واكنش كلي زير تشكيل مي‌شود:
(۲-۸)
اگر تعادل برا ي وا كنشهاي (۲-۷) و (۲-۸) فرض شود, محاسبات ترموديناميكي تركيب مخلوط گازي را نشان مي دهد كه دي اكسيد كربن و آب تنها بصورت مقادير جزئي در ۱۰۰۰ oC مطابق با مشاهداتي كه در ژنراتورهاي گاز آب اوليه ديده مي شود, ارائه مي شوند.
واكنش ۲-۸ مثل واكنش ۲-۷, گرماگير است, اما گرماي واكنش كمتر است. ( براي كربن گرانيتي)
ما يادآور مي شويم كه معادله واكنش (۲-۸) يك تركيب ساده از معادله واكنش (۲-۷) و معادله واكنش (۲-۹) كه به اصطلاح “جابجايي گاز آب” ناميده ميشود، است و از تركيب Co با H2o حاصل مي شود, است.
(۲-۹)
اين واكنش گرمازاست.
به خاطر ارزش هاي گرمايي بالاي اين واكنشها, مخلوط هاي گاز آب غني از منوكسيد كربن و هيدروژن, در ابتدا بعنوان سوخت مورد توجه قرار گرفتند. سپس آنها به جاي منابع H2 يا Co يا مخلوط هايي از اين دو براي سنتز مواد شيميايي گوناگون, اهميت پيدا كردند.
يك مثال خيلي مهم ابتدايي, بازيافت هيدروژن به روش گاز آب براي استفاده در سنتز كاتاليستي آمونياك از عناصر نيتروژن و هيدروژن بود.
(۲-۱۰)
در اين مثال بخصوص, نيتروژن واكنش از همان عملياتي كه براي مخلوط گاز آب استفاده شد, مي تواند بدست آيد زيرا گاز بدست آمده از راكتور در مدت دمش هوا شامل بيشترين مقدار كربن و مونوكسيد كربن مي شد كه در آن اكسيژن بطور كامل مصرف مي شد.
محصولات در مدت دمش هاي متناوب هوا و بخار آب با كك تركيب مي شوند, اگر چه شامل مقدار بزرگي از يك مخلوط N2, Co و H2 با مقدار اضافي CO2 باشند.۱
وقتي غلظت Co در مخلوط به سطح خيلي پاييني كاهش مي يابد, از طريق واكنش جابجايي گاز آب مي تواند بهره برداري شود. تعادل واكنش با اضافه كردن بخار اضافي آب به مخلوط, بسوي غلظت هاي بيشتر Co و H2, جابجا مي شود. به طور همزمان سرد شدن مخلوط تا دماي حدود ۵۰۰ oC انجام مي شود.
سرعت رضايت بخش واكنش از تماس مخلوط با كاتاليست اكسيد آهن بدست مي‌آيد.
غلظت Co تا سطح حدود ۱% كاهش مي يابد و co بصورت يك سم قوي براي كاتاليست فلز آهن استفاده شده در سنتز آمونياك و با تماس مخلوط گاز با محلول آمونياكي يك نمك مس جدا مي شود. قبل از آنكه co در اين روش جدا شود, co2 بوسيله تماس با آب تحت فشار بالا در يك برج جذب جدا مي شود. يكي از پيشرفت‌هاي بعدي براي جدا كردن مقادير جزئي co, واكنش هيدروژن با متان بروي يك كاتاليست نيكل است.
يك مثال ديگر در جايي كه هم هيدروژن و هم منوكسيد كربن از يك مخلوط گاز آب در توليد محصول شيميايي مهم براي سنتز كاتاليستي متانول استفاده مي شود.
(۲-۱۱)
۲-۳-۲- رفرمينگ بخار (steam reforming)
در دهه ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ استفاده از گاز طبيعي (متان) نسبت به كك گداخته در توليد گاز سنتز مورد توجه بيشتري قرار گرفت. واكنش كلي بين متان و بخار آب رخ مي‌دهد.
(۲-۱۲)
كه به شدت گرماگير است, . يك كاتاليست معمولي شامل بعنوان جزء سازنده فعال استفاده مي شود. فرايند معمولاً با بخار اضافي در دماهاي بالاتر از ۸۰۰ oC عمل مي كند. (بيشتر نسبت H2o به CH4 از ۲:۱ تا ۴:۱ است).
تركيبات گاز توليد شده به طوركلي نزديك به تعادل مورد نياز است. شكل ۲-۲ طرحهاي ثابت هاي تعادلي را بعنوان تابعي از دما براي واكنشهاهي مهم رفرمنيگ را نشان مي دهد.
در يك فشار راكتور و نسبت مولي آب به متان معين, در جريان ورودي گاز, مقدار Co با افزايش دما, زياد مي شود تا جايي كه مقادير دي اكسيد كربن و متان كاهش مي‌يابد.
اگر فشار راكتور افزايش يابد, مقادير متان و آب كلاً افزايش مي يابد.
در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰, پيشرفت جالبي در استفاده از نفتا به عنوان خوراك سبك به وجود آمد, بخصوص نفتاي بسيار پارافيني خاورميانه كه خوراك نامطلوبي براي توليد هيدروكربنهاي آروماتيكي بوسيله رفرمنيگ كاتاليستي است.