Режим паровой каталитической конверсии углеводородов должен обеспечить получение технического водорода с содержанием 95 — 98% Н2. Получение водорода меньшей концентрации нецелесообразно, так как приводит к повышенному его расходу на установке гидрокрекинги. Производство же водорода большей концентрации требует значительных дополнительных затрат и экономически мало оправдано. Технический водород г концентрацией - 95% Н2 можно получать при содержании в сухом конвертированном газе 2—2,5% СН4. так как в последующих процессах очистки от C0s после конверсии окиси углерода и метанирования содержание метана в газе возрастет до 4—5%. Степень конверсии метана при этом составляет 0,9. Технический водород с содержанием 98% Н2 получают при содержании в конвертированном газе 1— 1,3% СН4 или степени его конверсии 0,95.
Водород соответствующей концентрации может быть получен варьированием давления, температуры и отношения пар : метан. Режим процесса можно менять в широком диапазоне, однако технические возможности оборудования, а также режимы других стадий производства и выпадение углерода при опрс деленных граничных условиях значительно сужают этот диапазон. Расход пара на конверсию метана должен быть не ниже 2:1, чтобы предотвратить выпадение углерода, во такое соотношение не применяется, поскольку в этом случае пар приходится добавлять на стадии паровой конверсии окиси углерода. В реакторе паровой конверсии па подачу избыточного пара расходуется дополнительное тепло, но оно возвращается в котле-утилизаторе. Подача избыточного пара улучшает теплопередачу. Поэтому обычно на 1 м3 метана при низком давлении расходуется не менее 3 мэ пара, а при давлении 2 МПа его требуется 4—5 м3.
Выбор режима паровой конверсии ограничен не только расходом пара, но и температурой, и давлением. Максимально достижимая температура процесса зависит от качества стали, диаметра реактора, допустимых теплонапряжений поверхности реакционных труб и особенно от давления процесса. На большинстве современных установках температура процесса поддерживается в пределах 830—880 С. При более низкой температуре трудно получить водород требуемого качества, а ниже 750 С процесс паровой конверсии вести неэффективно. В интервале 750—800 'С паровую конверсию можно осуществлять при низком давлении, однако проведение процесса при давлении ниже 1,0 МПа признано нецелесообразным (только на старых установках ведут процесс при низком давлении). Выбор давления обусловлен прежде всего возможностью использовать теши конденсации непрореагировавшего водяного пара для регенерации раствора в системе очистки газа от СО2. При давлении ниже 0,7—1,0 МПа использовать это тепло практически невозможно. Кроме того, повышение давления производится с целью снижения расхода энеергии на сжатие. Сжатие сырья, по сравнению с компремированием водорода, позволяет сократить расход энергии пропорционально извлечению объема газа в процессе паровой конверсии. Повышение давления интенсифицирует массообмен и теплопередачу в реакторах и теплообменниках установки производства водорода. Обычно паровую конверсию метана проводят при давлении 1,2—3,0 МПа, несмотря на то, что повышение давления смещает равновесие реакции паровой конверсии метана в неблагоприятную сторону.
Для достижения требуемой концентрации водорода при увеличении давления повышают температуру процесса и увеличивают расход пара (особенно, если стремятся получить 98%-ный Н2). Однако повышение и давления, и температуры приводит к необходимости применения реакционных труб из высоколегированное стали. В связи с этим производство водорода в настоящее время ведут при давлении не выше 2,5 МПа. Границы ведения процесса, обусловленные качеством стали реакционных труб, даны па рис.25 (труба из стали НК-40 эксплуатировалась 10 лет, температура стенки трубы па 100 С была выше температуры процесса паровой конверсии). На современных установках процесс ведут при 2,0—2,6 МПа,830— 880 С в отношении пара к метану, равном (4 - 5) : 1.
Ограничения по содержанию Н2, температуре и давлению процесса при выборе режима паровой конверсии метана распространяются и на конверсию нефтезаводских газов и бензина.
С увеличением углеродного эквивалента нефтезаводского газа, поступающего на конверсию, растет расход пара на 1 м3 исходного газа, но удельный расход пара на 1 м3 растет незначительно.. Так, при увеличении углеродного эквивалента с 1 до 3 расход пара на 1 м3 вырабатываемого водорода повышается всего на 8—10°С. Более значительно (на 24—25%) возрастает расход пара при повышении концентрации Н2 в техническом водороде с 95 до 98%.
С увеличением углеродного эквивалента газа удельный расход пара в пересчете на уперод, по данным термодинамических расчетов, несколько падает. На практике же, опасаясь выпадения углерода на катализаторе (особенно при нестабильном составе газа), с увеличением углеродного эквивалента газа удельный расход пара повышают. Более высокий углеродный эквивалент нефтезаводских газов, по сравнению с природным, меньшая их стабильность приводят к необходимости большего расхода пара в производстве водорода.