ওয়াটার গ্যাস থেকে হাইড্রোজেন উৎপাদন

সিনগ্যাস উৎপাদনের যেকোনো শিল্প প্রক্রিয়ায়, কার্বন মনোক্সাইডকে (CO) হাইড্রোজেনে রূপান্তর করার জন্য ওয়াটার গ্যাস শিফট বিক্রিয়ার অগ্রগতি ব্যবহার করা একটি অপরিহার্য ধাপ।
এই বিক্রিয়াটি একটি উভমুখী তাপোৎপাদী বিক্রিয়া। তাপমাত্রা যত বেশি হয়, সংশ্লিষ্ট সাম্যাবস্থায় রূপান্তর তত কম হয়। একই সাথে, এই বিক্রিয়াটি একটি আদর্শ অনুঘটকীয় বিক্রিয়া। যখন কোনো অনুঘটক থাকে না, তখন ৭০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে বিক্রিয়া ঘটানো কঠিন। অনুঘটকের উপস্থিতিতে, বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়। উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবর্তনকারী অনুঘটক ব্যবহার করলে, বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ৩০০ ~ ৫০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস হয়; যখন নিম্ন-তাপমাত্রার পরিবর্তনকারী অনুঘটক ব্যবহার করা হয়, তখন বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ২০০-৪০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস হয় (সারণী ২২)। যেহেতু বিক্রিয়াটি একটি সমআণবিক বিক্রিয়া, তাই চাপের বিক্রিয়ার সাম্যাবস্থার উপর কোনো প্রভাব নেই, কিন্তু চাপ প্রয়োগ উৎপাদন তীব্রতা এবং বিক্রিয়ার হার উন্নত করতে পারে।
বিক্রিয়ার প্রাথমিক পর্যায়ে, প্রক্রিয়াটি সাম্যাবস্থার সীমা থেকে অনেক দূরে থাকে এবং গতিবিদ্যা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে বিক্রিয়ার হার এবং প্রক্রিয়ার দক্ষতা ব্যাপকভাবে উন্নত করা যায়। বিক্রিয়ার পরবর্তী পর্যায়ে, প্রক্রিয়াটির রূপান্তর তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থা দ্বারা সীমিত থাকে। উচ্চ তাপমাত্রায় তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থায় রূপান্তর তুলনামূলকভাবে কম হয়। তাই, বিক্রিয়ার পরবর্তী পর্যায়ে CO রূপান্তর উন্নত করার জন্য নিম্ন তাপমাত্রায় পরিচালনা পদ্ধতি অবলম্বন করা উচিত। প্রক্রিয়াটির তাপগতিবিদ্যা এবং গতিবিদ্যার বৈশিষ্ট্যগুলোই নির্ধারণ করে যে CO রূপান্তর প্রক্রিয়ায় পরিবর্তনশীল তাপমাত্রায় পরিচালনা পদ্ধতি অবলম্বন করা উচিত।
বিক্রিয়ার প্রাথমিক পর্যায়ে, প্রক্রিয়াটি সাম্যাবস্থার সীমা থেকে অনেক দূরে থাকে এবং গতিবিদ্যা দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। তাপমাত্রা বৃদ্ধি করলে বিক্রিয়ার হার এবং প্রক্রিয়ার দক্ষতা ব্যাপকভাবে উন্নত করা যায়। বিক্রিয়ার পরবর্তী পর্যায়ে, প্রক্রিয়াটির রূপান্তর তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থা দ্বারা সীমিত থাকে। উচ্চ তাপমাত্রায় তাপগতিবিদ্যার সাম্যাবস্থায় রূপান্তর তুলনামূলকভাবে কম হয়। তাই, বিক্রিয়ার পরবর্তী পর্যায়ে CO রূপান্তর উন্নত করার জন্য নিম্ন তাপমাত্রায় পরিচালনা পদ্ধতি অবলম্বন করা উচিত। প্রক্রিয়াটির তাপগতিবিদ্যা এবং গতিবিদ্যার বৈশিষ্ট্যগুলোই নির্ধারণ করে যে CO রূপান্তর প্রক্রিয়ায় পরিবর্তনশীল তাপমাত্রায় পরিচালনা পদ্ধতি অবলম্বন করা উচিত।
বিক্রিয়ার ভারসাম্যের সীমাবদ্ধতার কারণে, নিম্ন-তাপমাত্রার ওয়াটার গ্যাস রূপান্তরের পরে CO গভীরভাবে রূপান্তরিত হলেও, এর পরিমাণ এখনও প্রায় 1%, যা পরবর্তী অনেক প্রক্রিয়ার ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। শিল্পে, এটি সাধারণত কিছু রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে অপসারণ করা হয়। প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেনের উপস্থিতিতে CO এবং O2-এর নির্বাচনী জারণ CO2 উৎপন্ন করে, এবং হাইড্রোজেন ও O2-ও সহজে বিক্রিয়া করে। অতএব, প্রক্রিয়াটি কঠোরভাবে বিক্রিয়ার তাপমাত্রা এবং অনুঘটকের প্রকারের উপর নির্ভর করে [29301]।
আরেকটি শিল্পায়িত প্রক্রিয়া হলো নিকেল-ভিত্তিক অনুঘটকের উপর সরাসরি প্রচুর পরিমাণে বিদ্যমান হাইড্রোজেন ব্যবহার করে কার্বন মনোক্সাইডের (CO) হাইড্রোজিনেশন ঘটিয়ে মিথেন উৎপাদন করা।
ওয়াটার গ্যাস রূপান্তর এবং CO অপসারণের পর, গ্যাসটির প্রধান উপাদান হয়ে ওঠে H2 এবং CO2। সিন্থেটিক অ্যামোনিয়া শিল্পে, প্রথমে CO2 আলাদা করার প্রয়োজন হয়। পরবর্তী ধাপে এই CO2, হাইড্রোজেন থেকে উৎপন্ন অ্যামোনিয়ার সাথে বিক্রিয়া করে অ্যামোনিয়াম বাইকার্বনেট, অ্যামোনিয়াম কার্বনেট বা ইউরিয়া এবং অন্যান্য রাসায়নিক সার তৈরি করতে পারে, যার মাধ্যমে CO2-এর সর্বোচ্চ ব্যবহার নিশ্চিত করা হয়। এই প্রক্রিয়ায়, CO2 এবং H2 পৃথকীকরণ প্রযুক্তির প্রধান উদ্দেশ্য হলো CO2-এর পুনর্ব্যবহার নিশ্চিত করা।
প্রোটন মেমব্রেন ফুয়েল সেলের মতো হাইড্রোজেন-ভিত্তিক প্রয়োগের ক্ষেত্রে, CO2-এর পরিবর্তে শুধুমাত্র হাইড্রোজেন ব্যবহার করা হয়। CO2 একটি অপ্রয়োজনীয় নির্গমনে পরিণত হয়, যাকে অন্যান্য খনিজকরণ প্রক্রিয়ার (যেমন খাদ্যোপযোগী ক্যালসিয়াম কার্বনেট উৎপাদন) সাথে একত্রিত করার প্রয়োজন হতে পারে।
তবে, CO2 পৃথকীকরণের সমস্ত প্রক্রিয়ায়, CO2 শোষণের জন্য জৈব অ্যামিন বা মিথানল ব্যবহার করা একটি উত্তম উপায়। বিশেষ করে কম তাপমাত্রায় মিথানল দ্বারা CO2 শোষণের প্রক্রিয়ায়, অনেক গ্যাসের দ্রবণীয়তা কম তাপমাত্রায় বৃদ্ধি পায়। শুধুমাত্র হাইড্রোজেনের দ্রবণীয়তা তাপমাত্রা দ্বারা সীমাবদ্ধ নয়, এবং তাপমাত্রা যত কম হয়, দ্রবণীয়তাও তত কম হয়। এটি H2 পৃথকীকরণে একটি ভালো নির্বাচন ক্ষমতা প্রদর্শন করে।
CO2 পুনরুদ্ধারের প্রক্রিয়ায়, হাইড্রোজেন উৎপাদনের ক্ষতি এড়ানোর শর্তে, CO-এর সাথে তীব্রভাবে যুক্ত হতে পারে এমন ব্যয়বহুল বিকারক (যেমন কস্টিক সোডা) ব্যবহার এড়িয়ে চলার চেষ্টা করুন, যাতে প্রক্রিয়াটির অর্থনৈতিক দিক নিশ্চিত করা যায়।