Процесс идет в шахтном реакторе, где размещены 2 вида катализатора: алюмохромовый ГИАП-14 (температура до 1400, Аl2O3 – 95%, Cr2O3 – 5 % мас.) и никелевый ГИАП-3-6Н (температура до1100, NiO 6 – 8%, Al2O3 92 – 94 % мас). Весь вносимый с воздухом О2 реагирует с Н2, СН4, СО в свободном объёме аппарата еще до поступления газа на катализатор. На катализаторе конвертирует оставшийся СН4. За счет экзотермических реакций с О2 выделяется тепло, необходимое для эндотермических реакций оставшегося СН4 с водяным паром на катализаторе. Вносимый с воздухом N2 входит в состав АВС, идущей на синтез NH3. Процессы первичного риформинга в трубчатой печи и вторичного риформинга в шахтном реакторе жестко связаны по материальным и тепловым потокам. В шахтный реактор подводят такое количество воздуха, чтобы содержание остаточного СН4 было не более 0,3% об и технологический газ имел отношение (СО+Н2) : N2=3,05-3,10. Скорость взаимодействия СН4 и других углеводородов с водяным паром и СО2 без катализатора при t<1100 мала, для увеличения скорости используются катализаторы. На 1,2 стадии конверсии используется никелевый катализатор. В различных марках содержится 3 – 40% мас Ni, различают катализаторы нанесённого и смешанного типа. В качестве носителя используются чистые оксиды алюминия или с добавками других металлов. В состав катализаторов вводят промоторы – активирующие или стабилизирующие добавки. При употреблении никелевых катализаторов лимитирующая стадия процесса – подвод реагентов и теплопередача. Успешная эксплуатация катализаторов зависит от следующих факторов:
1) средняя молярная масса ПГ и содержание в нем гомологов СН4. Эти величины отражают метановый эквивалент: nс=(С1+2С2+3С3+..+i∙Ci)/100, С1,С2,…концентрация компонентов ПГ, %об. Повышение nc более 1,28 нежелательно, поскольку увеличение содержания гомологов снижают содержание водорода в сырье и сокращается срок службы катализатора.
2) содержание катализаторных ядов в ПГ и воздухе. Наиболее часто отравление катализаторов происходит соединениями серы, присутствующими в природном газе и воздухе. Ядами являются также соединения хлора, мышьяка, фосфора, которые содержатся в газе, паре и воздухе. Отравление Ni катализатора наступает в результате хемосорбции яда на поверхности активного металла с образованием каталитически неактивных хлоридов, сульфидов, др.
3) соблюдение норм технологического режима: уменьшение отношения Н2О:С<2,5 может привести к зауглероживанию катализаторов, т.к. металлический Ni катализирует все реакции с образованием свободного С. В частности реакцию крекинга: СН4=С+2Н2, ΔН=74,9 кДж; реакцию гидрирования: СО+Н2=С+Н2О, ΔН=-131,5 кДж. Отложившийся на поверхности катализатора С в виде кокса и сажи удаляют пропусканием водяного пара через катализатор при 400 – 800 0С, но при этом идет частичная дезактивация катализатора из-за образования NiO: Ni+H2O=NiО+H2.