Σε οποιαδήποτε βιομηχανική διαδικασία παραγωγής αερίου σύνθεσης, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί η πρόοδος της αντίδρασης μετατόπισης νερού-αερίου για τη μετατροπή του CO σε υδρογόνο.
Αυτή η αντίδραση είναι μια αναστρέψιμη εξώθερμη αντίδραση. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο χαμηλότερη είναι η αντίστοιχη μετατροπή ισορροπίας. Ταυτόχρονα, αυτή η αντίδραση είναι μια τυπική καταλυτική αντίδραση. Όταν δεν υπάρχει καταλύτης, είναι δύσκολο να αντιδράσει στους 700°C. Παρουσία καταλύτη, η θερμοκρασία αντίδρασης μειώνεται σημαντικά. Όταν χρησιμοποιείται καταλύτης μετατόπισης υψηλής θερμοκρασίας, η θερμοκρασία αντίδρασης είναι 300 ~ 500°C. Όταν χρησιμοποιείται καταλύτης μετατόπισης χαμηλής θερμοκρασίας, η θερμοκρασία αντίδρασης είναι 200-400°C (πίνακας 22). Επειδή η αντίδραση είναι μια ισομοριακή αντίδραση, η πίεση δεν έχει καμία επίδραση στην ισορροπία της αντίδρασης, αλλά η λειτουργία πίεσης μπορεί να βελτιώσει την ένταση παραγωγής και τον ρυθμό αντίδρασης.
Στο αρχικό στάδιο της αντίδρασης, η διαδικασία απέχει πολύ από το όριο ισορροπίας και ελέγχεται από την κινητική. Η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας. Στο μεταγενέστερο στάδιο της αντίδρασης, η μετατροπή της διαδικασίας περιορίζεται από τη θερμοδυναμική ισορροπία. Η μετατροπή θερμοδυναμικής ισορροπίας σε υψηλή θερμοκρασία είναι σχετικά χαμηλή. Επομένως, στο μεταγενέστερο στάδιο της αντίδρασης, θα πρέπει να υιοθετηθεί λειτουργία σε χαμηλή θερμοκρασία για τη βελτίωση της μετατροπής CO. Τα θερμοδυναμικά και κινητικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας καθορίζουν ότι η διαδικασία μετατροπής CO θα πρέπει να υιοθετήσει λειτουργία μεταβλητής θερμοκρασίας.
Στο αρχικό στάδιο της αντίδρασης, η διαδικασία απέχει πολύ από το όριο ισορροπίας και ελέγχεται από την κινητική. Η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας. Στο μεταγενέστερο στάδιο της αντίδρασης, η μετατροπή της διαδικασίας περιορίζεται από τη θερμοδυναμική ισορροπία. Η μετατροπή θερμοδυναμικής ισορροπίας σε υψηλή θερμοκρασία είναι σχετικά χαμηλή. Επομένως, στο μεταγενέστερο στάδιο της αντίδρασης, θα πρέπει να υιοθετηθεί λειτουργία σε χαμηλή θερμοκρασία για τη βελτίωση της μετατροπής CO. Τα θερμοδυναμικά και κινητικά χαρακτηριστικά της διαδικασίας καθορίζουν ότι η διαδικασία μετατροπής CO θα πρέπει να υιοθετήσει λειτουργία μεταβλητής θερμοκρασίας.
Λόγω του περιορισμού της ισορροπίας της αντίδρασης, αν και το CO μετατρέπεται σε μεγάλο βαθμό μετά τη μετατροπή σε νερό-αέριο σε χαμηλή θερμοκρασία, η περιεκτικότητά του εξακολουθεί να είναι περίπου 1%, κάτι που δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις χρήσης πολλών επόμενων διεργασιών. Στη βιομηχανία, συνήθως απομακρύνεται με ορισμένες χημικές αντιδράσεις. Η επιλεκτική οξείδωση του CO και του O2 παρουσία μεγάλης ποσότητας υδρογόνου παράγει CO2, και το υδρογόνο και το O2 είναι επίσης εύκολο να αντιδράσουν. Επομένως, η διαδικασία εξαρτάται αυστηρά από τη θερμοκρασία αντίδρασης και τον τύπο του καταλύτη [29301].
Μια άλλη βιομηχανοποιημένη διαδικασία είναι η υδρογόνωση του CO2 με μεγάλη ποσότητα υπάρχοντος υδρογόνου απευθείας σε καταλύτη με βάση το νικέλιο για την παραγωγή μεθανίου.
Μετά τον μετασχηματισμό του νερού σε αέριο και την απομάκρυνση του CO2, τα κύρια συστατικά του αερίου γίνονται H2 και CO2. Στη βιομηχανία συνθετικής αμμωνίας, το CO2 πρέπει πρώτα να διαχωριστεί. Αυτό το CO2 μπορεί να συνεχίσει να αντιδρά με την αμμωνία που παράγεται από το υδρογόνο στο επόμενο στάδιο για να παράγει όξινο ανθρακικό αμμώνιο, ανθρακικό αμμώνιο ή ουρία και άλλα χημικά λιπάσματα για να επιτευχθεί η μέγιστη αξιοποίηση του CO2. Σε αυτή τη διαδικασία, η τεχνολογία διαχωρισμού του CO2 και του H2 έχει ως κύριο στόχο να διασφαλίσει ότι το CO2 μπορεί να ανακυκλωθεί και να χρησιμοποιηθεί.
Για εφαρμογές υδρογόνου, όπως τα κυψέλες καυσίμου με μεμβράνη πρωτονίων, χρησιμοποιείται μόνο υδρογόνο αντί για CO2. Το CO2 καθίσταται άχρηστο, το οποίο μπορεί να χρειαστεί να συνδυαστεί με άλλες διεργασίες ανοργανοποίησης (όπως η παραγωγή ανθρακικού ασβεστίου κατάλληλου για τρόφιμα).
Ωστόσο, σε όλες τις διεργασίες διαχωρισμού CO2, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείται οργανική αμίνη ή μεθανόλη για την απορρόφηση CO2. Ειδικά στη διαδικασία απορρόφησης CO2 από μεθανόλη σε χαμηλή θερμοκρασία, η διαλυτότητα πολλών αερίων θα αυξηθεί σε χαμηλή θερμοκρασία. Μόνο η διαλυτότητα του υδρογόνου δεν περιορίζεται από τη θερμοκρασία, και όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο χαμηλότερη είναι η διαλυτότητα. Δείχνει καλή επιλεκτικότητα για τον διαχωρισμό H2.
Κατά τη διαδικασία ανάκτησης CO2, με την προϋπόθεση της αποφυγής βλάβης στην απόδοση υδρογόνου, προσπαθήστε να αποφύγετε τη χρήση ακριβών αντιδραστηρίων (όπως καυστική σόδα) που μπορούν να συνδυαστούν έντονα με το CO2, ώστε να διασφαλιστεί η οικονομία της διαδικασίας.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Δεκεμβρίου 2021