Proizvodnja vodika iz vodenog plina

U bilo kojem industrijskom procesu proizvodnje sintetičkog gasa, ključna je veza korištenje napretka reakcije konverzije vodenog gasa za pretvaranje CO2 u vodonik.
Ova reakcija je reverzibilna egzotermna reakcija. Što je temperatura viša, to je niža odgovarajuća ravnotežna konverzija. Istovremeno, ova reakcija je tipična katalitička reakcija. Kada nema katalizatora, teško je reagovati na 700. U prisustvu katalizatora, temperatura reakcije se znatno smanjuje. Kada se koristi katalizator za promjenu na visokim temperaturama, temperatura reakcije je 300 ~ 500 °C; kada se koristi katalizator za promjenu na niskim temperaturama, temperatura reakcije je 200-400 °C (tabela 22). Budući da je reakcija izomolekularna reakcija, pritisak nema uticaja na ravnotežu reakcije, ali rad pod pritiskom može poboljšati intenzitet proizvodnje i brzinu reakcije.
U početnoj fazi reakcije, proces je daleko od ravnotežne granice i kontrolira ga kinetika. Povećanje temperature može značajno poboljšati brzinu reakcije i poboljšati efikasnost procesa. U kasnijoj fazi reakcije, konverzija procesa je ograničena termodinamičkom ravnotežom. Konverzija termodinamičke ravnoteže na visokoj temperaturi je relativno niska. Stoga, u kasnijoj fazi reakcije, treba usvojiti rad na niskoj temperaturi kako bi se poboljšala konverzija CO. Termodinamičke i kinetičke karakteristike procesa određuju da proces konverzije CO treba usvojiti rad na promjenjivoj temperaturi.
U početnoj fazi reakcije, proces je daleko od ravnotežne granice i kontrolira ga kinetika. Povećanje temperature može značajno poboljšati brzinu reakcije i poboljšati efikasnost procesa. U kasnijoj fazi reakcije, konverzija procesa je ograničena termodinamičkom ravnotežom. Konverzija termodinamičke ravnoteže na visokoj temperaturi je relativno niska. Stoga, u kasnijoj fazi reakcije, treba usvojiti rad na niskoj temperaturi kako bi se poboljšala konverzija CO. Termodinamičke i kinetičke karakteristike procesa određuju da proces konverzije CO treba usvojiti rad na promjenjivoj temperaturi.
Zbog ograničenja reakcijske ravnoteže, iako se CO duboko pretvara nakon konverzije vodenog plina na niskim temperaturama, njegov sadržaj je i dalje oko 1%, što ne može zadovoljiti zahtjeve upotrebe mnogih narednih procesa. U industriji se obično uklanja nekim hemijskim reakcijama. Selektivna oksidacija CO i O2 u prisustvu velike količine vodika generira CO2, a vodik i O2 također lako reaguju. Stoga, proces strogo ovisi o temperaturi reakcije i vrsti katalizatora [29301].
Još jedan industrijalizirani proces je hidrogenacija CO2 s velikom količinom postojećeg vodika direktno na katalizatoru na bazi nikla za proizvodnju metana.
Nakon transformacije vodenog gasa i uklanjanja CO, glavne komponente gasa postaju H2 i CO2. U industriji sintetičkog amonijaka, CO2 se prvo mora odvojiti. Ovaj CO2 može nastaviti reagovati sa amonijakom koji nastaje iz vodonika u sledećem dijelu kako bi se dobio amonijum bikarbonat, amonijum karbonat ili urea i druga hemijska đubriva kako bi se postiglo maksimalno iskorišćenje CO2. U ovom procesu, tehnologija odvajanja CO2 i H2 je prvenstveno namenjena osiguravanju mogućnosti recikliranja CO2.
Za primjene vodika, kao što su gorivne ćelije s protonskom membranom, umjesto CO2 koristi se samo vodik. CO2 postaje beskorisna emisija, koju je možda potrebno kombinirati s drugim procesima mineralizacije (kao što je proizvodnja kalcijevog karbonata prehrambene kvalitete).
Međutim, u svim procesima odvajanja CO2, bolji način je korištenje organskog amina ili metanola za apsorpciju CO2. Posebno u procesu apsorpcije CO2 metanolom na niskim temperaturama, topljivost mnogih plinova će postati veća na niskim temperaturama. Samo topljivost vodika nije ograničena temperaturom, i što je temperatura niža, to je topljivost niža. Pokazuje dobru selektivnost za odvajanje H2.
U procesu izdvajanja CO2, pod pretpostavkom izbjegavanja oštećenja prinosa vodika, pokušajte izbjegavati upotrebu skupih reagensa (kao što je kaustična soda) koji se mogu snažno vezati s CO, kako biste osigurali ekonomičnost procesa.