En qualsevol procés industrial de generació de gas de síntesi, és un enllaç essencial utilitzar el progrés de la reacció de desplaçament de gas d'aigua per convertir el CO₂ en hidrogen.
Aquesta reacció és una reacció exotèrmica reversible. Com més alta sigui la temperatura, més baixa serà la conversió d'equilibri corresponent. Alhora, aquesta reacció és una reacció catalítica típica. Quan no hi ha catalitzador, és difícil reaccionar a 700. En presència de catalitzador, la temperatura de reacció es redueix considerablement. Quan s'utilitza un catalitzador de desplaçament d'alta temperatura, la temperatura de reacció és de 300 ~ 500 °C; quan s'utilitza el catalitzador de desplaçament de baixa temperatura, la temperatura de reacció és de 200-400 °C (taula 22). Com que la reacció és una reacció isomolecular, la pressió no té cap efecte sobre l'equilibri de la reacció, però l'operació de pressió pot millorar la intensitat de producció i la velocitat de reacció.
A l'etapa inicial de la reacció, el procés està lluny del límit d'equilibri i està controlat per la cinètica. Augmentar la temperatura pot millorar considerablement la velocitat de reacció i millorar l'eficiència del procés. A l'etapa posterior de la reacció, la conversió del procés està limitada per l'equilibri termodinàmic. La conversió d'equilibri termodinàmic a alta temperatura és relativament baixa. Per tant, a l'etapa posterior de la reacció, s'hauria d'adoptar un funcionament a baixa temperatura per millorar la conversió de CO2. Les característiques termodinàmiques i cinètiques del procés determinen que el procés de conversió de CO2 hauria d'adoptar un funcionament a temperatura variable.
A l'etapa inicial de la reacció, el procés està lluny del límit d'equilibri i està controlat per la cinètica. Augmentar la temperatura pot millorar considerablement la velocitat de reacció i millorar l'eficiència del procés. A l'etapa posterior de la reacció, la conversió del procés està limitada per l'equilibri termodinàmic. La conversió d'equilibri termodinàmic a alta temperatura és relativament baixa. Per tant, a l'etapa posterior de la reacció, s'hauria d'adoptar un funcionament a baixa temperatura per millorar la conversió de CO2. Les característiques termodinàmiques i cinètiques del procés determinen que el procés de conversió de CO2 hauria d'adoptar un funcionament a temperatura variable.
A causa de la restricció del balanç de reacció, tot i que el CO es converteix profundament després de la conversió de gas d'aigua a baixa temperatura, el seu contingut encara és d'aproximadament l'1%, cosa que no pot complir els requisits d'ús de molts processos posteriors. A la indústria, normalment s'elimina mitjançant algunes reaccions químiques. L'oxidació selectiva del CO i l'O2 en presència d'una gran quantitat d'hidrogen genera CO2, i l'hidrogen i l'O2 també són fàcils de reaccionar. Per tant, el procés depèn estrictament de la temperatura de reacció i del tipus de catalitzador [29301].
Un altre procés industrialitzat és la hidrogenació de CO2 amb una gran quantitat d'hidrogen existent directament sobre un catalitzador a base de níquel per produir metà.
Després de la transformació del gas d'aigua i l'eliminació del CO, els components principals del gas es converteixen en H2 i CO2. A la indústria de l'amoníac sintètic, primer cal separar el CO2. Aquest CO2 pot continuar reaccionant amb l'amoníac generat per l'hidrogen a la secció següent per generar bicarbonat d'amoni, carbonat d'amoni o urea i altres fertilitzants químics per aconseguir el màxim aprofitament del CO2. En aquest procés, la tecnologia de separació del CO2 i l'H2 és principalment per garantir que el CO2 es pugui reciclar i utilitzar.
Per a aplicacions d'hidrogen com ara les piles de combustible de membrana de protons, només s'utilitza hidrogen en lloc de CO2. El CO2 es converteix en emissions inútils, que poden necessitar ser combinades amb altres processos de mineralització (com ara la producció de carbonat de calci de grau alimentari).
Tanmateix, en tots els processos de separació de CO2, és millor utilitzar amina orgànica o metanol per absorbir CO2. Especialment en el procés d'absorció de CO2 per metanol a baixa temperatura, la solubilitat de molts gasos serà més alta a baixa temperatura. Només la solubilitat de l'hidrogen no està limitada per la temperatura, i com més baixa sigui la temperatura, més baixa serà la solubilitat. Mostra una bona selectivitat per a la separació d'H2.
En el procés de recuperació de CO2, amb la premissa d'evitar danys al rendiment d'hidrogen, cal intentar evitar l'ús de reactius cars (com la sosa càustica) que es puguin combinar fortament amb el CO2, per tal de garantir l'economia del procés.
Data de publicació: 10 de desembre de 2021