Vedyn tuotanto vesikaasusta

Kaikissa synteesikaasun tuotantoa koskevissa teollisissa prosesseissa on olennainen osa vesikaasun siirtymäreaktion edistymisen hyödyntämistä CO:n muuntamiseksi vedyksi.
Tämä reaktio on palautuva eksoterminen reaktio. Mitä korkeampi lämpötila, sitä pienempi vastaava tasapainokonversio. Samalla tämä reaktio on tyypillinen katalyyttinen reaktio. Ilman katalyyttiä on vaikea reagoida 700 °C:ssa. Katalyytin läsnä ollessa reaktiolämpötila laskee huomattavasti. Käytettäessä korkean lämpötilan muutoskatalyyttiä reaktiolämpötila on 300–500 °C; käytettäessä matalan lämpötilan muutoskatalyyttiä reaktiolämpötila on 200–400 °C (taulukko 22). Koska reaktio on isomolekulaarinen reaktio, paineella ei ole vaikutusta reaktiotasapainoon, mutta paineen käyttö voi parantaa tuotantointensiteettiä ja reaktionopeutta.
Reaktion alkuvaiheessa prosessi on kaukana tasapainorajasta ja sitä säätelee kinetiikka. Lämpötilan nostaminen voi parantaa reaktionopeutta ja prosessin tehokkuutta huomattavasti. Reaktion myöhemmässä vaiheessa prosessin konversiota rajoittaa termodynaaminen tasapaino. Termodynaaminen tasapainokonversio korkeassa lämpötilassa on suhteellisen alhainen. Siksi reaktion myöhemmässä vaiheessa tulisi käyttää matalaa lämpötilaa CO-konversion parantamiseksi. Prosessin termodynaamiset ja kineettiset ominaisuudet määräävät, että CO-konversioprosessin tulisi toimia vaihtelevassa lämpötilassa.
Reaktion alkuvaiheessa prosessi on kaukana tasapainorajasta ja sitä säätelee kinetiikka. Lämpötilan nostaminen voi parantaa reaktionopeutta ja prosessin tehokkuutta huomattavasti. Reaktion myöhemmässä vaiheessa prosessin konversiota rajoittaa termodynaaminen tasapaino. Termodynaaminen tasapainokonversio korkeassa lämpötilassa on suhteellisen alhainen. Siksi reaktion myöhemmässä vaiheessa tulisi käyttää matalaa lämpötilaa CO-konversion parantamiseksi. Prosessin termodynaamiset ja kineettiset ominaisuudet määräävät, että CO-konversioprosessin tulisi toimia vaihtelevassa lämpötilassa.
Reaktiotasapainon rajoitusten vuoksi, vaikka CO muuttuu syvästi matalan lämpötilan vesikaasukonversion jälkeen, sen pitoisuus on silti noin 1 %, mikä ei täytä monien seuraavien prosessien käyttövaatimuksia. Teollisuudessa se poistetaan yleensä joillakin kemiallisilla reaktioilla. CO:n ja O2:n selektiivinen hapettuminen suuren vedyn määrän läsnä ollessa tuottaa CO2:ta, ja vety ja O2 reagoivat myös helposti. Siksi prosessi riippuu tarkasti reaktiolämpötilasta ja katalyytin tyypistä [29301].
Toinen teollistunut prosessi on CO:n hydraus suurella määrällä olemassa olevaa vetyä suoraan nikkelipohjaisella katalyytillä metaanin tuottamiseksi.
Vesikaasun muuntamisen ja CO:n poiston jälkeen kaasun pääkomponenteiksi tulevat H2 ja CO2. Synteettisessä ammoniakkiteollisuudessa CO2 on ensin erotettava. Tämä CO2 voi jatkaa reagointia vedyn tuottaman ammoniakin kanssa seuraavassa vaiheessa, jolloin syntyy ammoniumbikarbonaattia, ammoniumkarbonaattia tai ureaa ja muita kemiallisia lannoitteita, jotta CO2:sta saadaan mahdollisimman paljon hyötyä. Tässä prosessissa CO2:n ja H2:n erotustekniikka varmistaa pääasiassa, että CO2 voidaan kierrättää.
Vetysovelluksissa, kuten protonikalvopolttokennoissa, käytetään hiilidioksidin sijasta pelkästään vetyä. Hiilidioksidista tulee hyödyttömiä päästöjä, jotka on ehkä yhdistettävä muihin mineralisaatioprosesseihin (kuten elintarvikelaatuisen kalsiumkarbonaatin tuotantoon).
Kaikissa CO2-erotusprosesseissa on kuitenkin parempi tapa käyttää orgaanista amiinia tai metanolia CO2:n absorbointiin. Erityisesti CO2:n absorbointiprosessissa metanolilla matalassa lämpötilassa monien kaasujen liukoisuus paranee matalassa lämpötilassa. Vain vedyn liukoisuus ei ole lämpötilan rajoittama, ja mitä alhaisempi lämpötila, sitä alhaisempi liukoisuus. Se osoittaa hyvää selektiivisyyttä H2-erotuksessa.
CO2:n talteenottoprosessissa on vedyn tuoton vahingoittumisen välttämiseksi pyrittävä välttämään kalliiden reagenssien (kuten lipeän) käyttöä, jotka voivat sitoutua voimakkaasti CO:hon, jotta prosessi olisi taloudellinen.