Verfahrenstechnischer Vorschlag und Beschreibung einer Erdgas-Wasserstoffproduktionsanlage (2)

3) CO-Umwandlung: Nachdem das Umwandlungsgas im Abhitzekessel Wärme zurückgewonnen hat, sinkt die Temperatur auf etwa 360 °C und es tritt in den Mitteltemperatur-Umwandlungsofen ein. Unter Einwirkung des Eisenkatalysators reagiert Kohlenmonoxid mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff. Die Hauptreaktionen sind folgende:

CO+H₂O→CO₂ +H₂ +Q

Die CO-Umwandlungsreaktion ist eine exotherme Reaktion. Niedrige Temperaturen wirken sich positiv auf die Umwandlungsbilanz aus, wodurch eine höhere CO-Umwandlungsrate und somit eine gesteigerte Wasserstoffproduktion pro Rohstoffeinheit erzielt werden kann. Um den Prozess zu vereinfachen und Investitionen zu sparen, wird bei der Erdgasumwandlung zu Wasserstoff üblicherweise nur eine einstufige Umwandlung durchgeführt.

4) Prinzip der Wasserstoffgewinnung durch PSA-DruckwechseladsorptionAdsorption bezeichnet das Phänomen, bei dem sich beim Kontakt zweier Stoffe unterschiedlicher Aggregatzustände die Moleküle des Stoffes mit der geringeren Dichte an der Oberfläche des Stoffes mit der höheren Dichte anreichern. Der adsorptionsfähige Stoff (in der Regel ein poröser Feststoff mit relativ hoher Dichte) wird als Adsorbens bezeichnet, der adsorbierte Stoff (in der Regel ein Gas mit relativ geringer Dichte) als Adsorbat. Adsorbentien weisen zwei Eigenschaften auf: Zum einen ist ihre Adsorptionskapazität für verschiedene Komponenten unterschiedlich, zum anderen steigt die Adsorptionskapazität des Adsorbats am Adsorbens mit zunehmendem Partialdruck des Adsorbats und sinkt mit zunehmender Adsorptionstemperatur. Durch die Nutzung der ersten Eigenschaft des Adsorbens kann die Wasserstoffreinigung erreicht werden, indem Verunreinigungen aus der wasserstoffhaltigen Gasquelle bevorzugt adsorbiert werden. Durch die Nutzung der zweiten Eigenschaft des Adsorptionsmittels kann dieses bei niedriger Temperatur und hohem Druck adsorbiert und bei hoher Temperatur und niedrigem Druck desorbiert und regeneriert werden. Dadurch entsteht ein Adsorptions- und Regenerationszyklus des Adsorptionsmittels, um eine kontinuierliche Wasserstoffgewinnung zu ermöglichen.

Der Zusammenhang zwischen Adsorptionsmenge, Druck und Temperatur PSA-Druckwechseladsorption

Aus der Langmuir-Adsorptionsisotherme geht hervor, dass bei einer bestimmten Temperatur die Desorption der adsorbierten Komponente durch Reduzierung ihres Partialdrucks abgeschlossen sein muss. Gängige Desorptionsmethoden sind die Analyse unter Atmosphärendruck und die Vakuumanalyse, die beide darauf abzielen, den Partialdruck der adsorbierten Komponente am Adsorbens zu verringern.

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