V jakémkoli průmyslovém procesu výroby syntézního plynu je nezbytným článkem využití průběhu reakce konverze vodního plynu k přeměně CO2 na vodík.
Tato reakce je reverzibilní exotermická reakce. Čím vyšší je teplota, tím nižší je odpovídající rovnovážná konverze. Zároveň je tato reakce typickou katalytickou reakcí. Bez katalyzátoru je obtížné reagovat při 700 °C. V přítomnosti katalyzátoru se reakční teplota výrazně snižuje. Při použití vysokoteplotního katalyzátoru je reakční teplota 300 ~ 500 °C; při použití nízkoteplotního katalyzátoru je reakční teplota 200-400 °C (tabulka 22). Protože se jedná o izomolekulární reakci, tlak nemá žádný vliv na reakční rovnováhu, ale tlaková operace může zlepšit intenzitu produkce a rychlost reakce.
V počáteční fázi reakce je proces daleko od rovnovážné meze a je řízen kinetikou. Zvýšení teploty může výrazně zlepšit rychlost reakce a zvýšit účinnost procesu. V pozdější fázi reakce je konverze procesu omezena termodynamickou rovnováhou. Termodynamická rovnovážná konverze při vysoké teplotě je relativně nízká. Proto by v pozdější fázi reakce měl být pro zlepšení konverze CO zvolen provoz při nízkých teplotách. Termodynamické a kinetické vlastnosti procesu určují, že proces konverze CO by měl probíhat při proměnné teplotě.
V počáteční fázi reakce je proces daleko od rovnovážné meze a je řízen kinetikou. Zvýšení teploty může výrazně zlepšit rychlost reakce a zvýšit účinnost procesu. V pozdější fázi reakce je konverze procesu omezena termodynamickou rovnováhou. Termodynamická rovnovážná konverze při vysoké teplotě je relativně nízká. Proto by v pozdější fázi reakce měl být pro zlepšení konverze CO zvolen provoz při nízkých teplotách. Termodynamické a kinetické vlastnosti procesu určují, že proces konverze CO by měl probíhat při proměnné teplotě.
Vzhledem k omezení reakční rovnováhy, ačkoli je CO po nízkoteplotní konverzi vodního plynu hluboce přeměněn, jeho obsah je stále asi 1 %, což nemůže splnit požadavky mnoha následných procesů. V průmyslu se obvykle odstraňuje některými chemickými reakcemi. Selektivní oxidace CO a O2 za přítomnosti velkého množství vodíku generuje CO2 a vodík a O2 také snadno reagují. Proces proto striktně závisí na reakční teplotě a typu katalyzátoru [29301].
Dalším industrializovaným procesem je hydrogenace CO2 s velkým množstvím existujícího vodíku přímo na katalyzátoru na bázi niklu za vzniku metanu.
Po transformaci vodního plynu a odstranění CO se hlavními složkami plynu stávají H2 a CO2. V průmyslu syntetického amoniaku je třeba nejprve oddělit CO2. Tento CO2 může v následující sekci dále reagovat s amoniakem generovaným vodíkem za vzniku hydrogenuhličitanu amonného, uhličitanu amonného nebo močoviny a dalších chemických hnojiv, aby se dosáhlo maximálního využití CO2. V tomto procesu je separační technologie CO2 a H2 zaměřena především na zajištění možnosti recyklace CO2.
Pro vodíkové aplikace, jako jsou palivové články s protonovou membránou, se místo CO2 používá pouze vodík. CO2 se stává zbytečnými emisemi, které může být nutné kombinovat s dalšími mineralizačními procesy (například s výrobou uhličitanu vápenatého potravinářské kvality).
Nicméně ve všech procesech separace CO2 je lepším způsobem použití organického aminu nebo methanolu k absorpci CO2. Zejména v procesu absorpce CO2 methanolem za nízké teploty se rozpustnost mnoha plynů při nízké teplotě zvyšuje. Pouze rozpustnost vodíku není omezena teplotou a čím nižší teplota, tím nižší je rozpustnost. Vykazuje dobrou selektivitu pro separaci H2.
V procesu regenerace CO2 se za účelem zabránění poškození výtěžku vodíku snažte vyhnout používání drahých činidel (jako je hydroxid sodný), která se mohou silně vázat s CO, aby byla zajištěna hospodárnost procesu.
Čas zveřejnění: 10. prosince 2021