En cualquier proceso industrial de generación de gas de síntesis, es un eslabón esencial utilizar el avance de la reacción de desplazamiento del gas de agua para convertir el CO en hidrógeno.
Esta reacción es una reacción exotérmica reversible. Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la conversión de equilibrio correspondiente. Al mismo tiempo, esta reacción es una reacción catalítica típica. En ausencia de catalizador, es difícil que reaccione a 700 °C. En presencia de catalizador, la temperatura de reacción se reduce considerablemente. Al utilizar un catalizador de desplazamiento de alta temperatura, la temperatura de reacción es de 300 a 500 °C; al utilizar un catalizador de desplazamiento de baja temperatura, la temperatura de reacción es de 200 a 400 °C (tabla 22). Dado que la reacción es isomolecular, la presión no afecta al equilibrio de reacción, pero la operación a presión puede mejorar la intensidad de producción y la velocidad de reacción.
En la etapa inicial de la reacción, el proceso se encuentra lejos del equilibrio y está controlado por la cinética. Aumentar la temperatura puede mejorar significativamente la velocidad de reacción y la eficiencia del proceso. En la etapa posterior, la conversión está limitada por el equilibrio termodinámico. La conversión en equilibrio termodinámico a alta temperatura es relativamente baja. Por lo tanto, en esta etapa, se recomienda operar a baja temperatura para mejorar la conversión de CO. Las características termodinámicas y cinéticas del proceso determinan que la conversión de CO deba realizarse a temperatura variable.
En la etapa inicial de la reacción, el proceso se encuentra lejos del equilibrio y está controlado por la cinética. Aumentar la temperatura puede mejorar significativamente la velocidad de reacción y la eficiencia del proceso. En la etapa posterior, la conversión está limitada por el equilibrio termodinámico. La conversión en equilibrio termodinámico a alta temperatura es relativamente baja. Por lo tanto, en esta etapa, se recomienda operar a baja temperatura para mejorar la conversión de CO. Las características termodinámicas y cinéticas del proceso determinan que la conversión de CO deba realizarse a temperatura variable.
Debido a la restricción del equilibrio de reacción, aunque el CO se convierte profundamente después de la conversión de gas de agua a baja temperatura, su contenido aún es de aproximadamente el 1%, lo que no cumple con los requisitos de uso de muchos procesos posteriores. En la industria, generalmente se elimina mediante reacciones químicas. La oxidación selectiva de CO y O2 en presencia de una gran cantidad de hidrógeno genera CO2, y el hidrógeno y el O2 también reaccionan fácilmente. Por lo tanto, el proceso depende estrictamente de la temperatura de reacción y del tipo de catalizador [29301].
Otro proceso industrializado es la hidrogenación de CO con una gran cantidad de hidrógeno existente directamente sobre un catalizador a base de níquel para producir metano.
Tras la transformación del gas de agua y la eliminación del CO₂, los componentes principales del gas son H₂ y CO₂. En la industria del amoníaco sintético, primero es necesario separar el CO₂. Este CO₂ puede reaccionar con el amoníaco generado por el hidrógeno en la etapa posterior para producir bicarbonato de amonio, carbonato de amonio, urea y otros fertilizantes químicos, logrando así el máximo aprovechamiento del CO₂. En este proceso, la tecnología de separación de CO₂ y H₂ tiene como objetivo principal garantizar el reciclaje del CO₂.
En aplicaciones de hidrógeno como las pilas de combustible de membrana de protones, solo se utiliza hidrógeno en lugar de CO2. El CO2 se convierte en emisiones inútiles, que pueden requerir la combinación con otros procesos de mineralización (como la producción de carbonato de calcio apto para uso alimentario).
Sin embargo, en todos los procesos de separación de CO2, es preferible utilizar aminas orgánicas o metanol para absorberlo. En particular, durante la absorción de CO2 con metanol a baja temperatura, la solubilidad de muchos gases aumenta. Solo la solubilidad del hidrógeno no se ve limitada por la temperatura; a menor temperatura, menor solubilidad. Esto demuestra una buena selectividad para la separación de H2.
En el proceso de recuperación de CO2, con el fin de evitar daños al rendimiento de hidrógeno, se debe intentar evitar el uso de reactivos costosos (como la sosa cáustica) que pueden combinarse fuertemente con el CO, para así garantizar la economía del proceso.
Fecha de publicación: 10 de diciembre de 2021