Dans tout processus industriel de production de gaz de synthèse, l'utilisation de la réaction de conversion du gaz à l'eau pour convertir le CO en hydrogène constitue un maillon essentiel.
Cette réaction est une réaction exothermique réversible. Plus la température est élevée, plus la conversion à l'équilibre est faible. Par ailleurs, il s'agit d'une réaction catalytique typique. En l'absence de catalyseur, la réaction est difficile à 700 °C. En présence de catalyseur, la température de réaction est fortement abaissée. Avec un catalyseur de conversion à haute température, la température de réaction est de 300 à 500 °C ; avec un catalyseur de conversion à basse température, elle est de 200 à 400 °C (tableau 22). Cette réaction étant isomoléculaire, la pression n'a pas d'effet sur l'équilibre, mais son application permet d'améliorer l'intensité de production et la vitesse de réaction.
Au début de la réaction, le processus est loin de l'équilibre et est régi par la cinétique. L'augmentation de la température peut considérablement améliorer la vitesse de réaction et l'efficacité du processus. En fin de réaction, la conversion est limitée par l'équilibre thermodynamique. La conversion à l'équilibre thermodynamique est relativement faible à haute température. Par conséquent, en fin de réaction, il convient d'opérer à basse température pour améliorer la conversion du CO. Les caractéristiques thermodynamiques et cinétiques du processus impliquent que la conversion du CO nécessite un fonctionnement à température variable.
Au début de la réaction, le processus est loin de l'équilibre et est régi par la cinétique. L'augmentation de la température peut considérablement améliorer la vitesse de réaction et l'efficacité du processus. En fin de réaction, la conversion est limitée par l'équilibre thermodynamique. La conversion à l'équilibre thermodynamique est relativement faible à haute température. Par conséquent, en fin de réaction, il convient d'opérer à basse température pour améliorer la conversion du CO. Les caractéristiques thermodynamiques et cinétiques du processus impliquent que la conversion du CO nécessite un fonctionnement à température variable.
En raison des contraintes liées à l'équilibre réactionnel, bien que le CO soit fortement converti après la conversion du gaz à l'eau à basse température, sa teneur reste d'environ 1 %, ce qui est insuffisant pour de nombreux procédés ultérieurs. Dans l'industrie, il est généralement éliminé par des réactions chimiques. L'oxydation sélective du CO et de l'O₂ en présence d'une grande quantité d'hydrogène génère du CO₂, et l'hydrogène et l'O₂ réagissent facilement. Par conséquent, le procédé est fortement dépendant de la température de réaction et du type de catalyseur [29301].
Un autre procédé industrialisé consiste en l'hydrogénation du CO avec une grande quantité d'hydrogène existant directement sur un catalyseur à base de nickel pour produire du méthane.
Après transformation du gaz à l'eau et élimination du CO₂, les principaux composants du gaz sont l'H₂ et le CO₂. Dans l'industrie de l'ammoniac de synthèse, le CO₂ doit d'abord être séparé. Ce CO₂ peut ensuite réagir avec l'ammoniac produit par l'hydrogène dans l'étape suivante pour générer du bicarbonate d'ammonium, du carbonate d'ammonium ou de l'urée, ainsi que d'autres engrais chimiques, permettant ainsi une utilisation optimale du CO₂. Dans ce procédé, la technologie de séparation du CO₂ et de l'H₂ vise principalement à garantir le recyclage du CO₂.
Pour les applications de l'hydrogène telles que les piles à combustible à membrane protonique, seul l'hydrogène est utilisé à la place du CO2. Le CO2 devient alors une émission inutile, qui peut nécessiter d'être combinée à d'autres procédés de minéralisation (comme la production de carbonate de calcium de qualité alimentaire).
Cependant, pour tous les procédés de séparation du CO2, l'utilisation d'amines organiques ou de méthanol est préférable pour absorber le CO2. En particulier, lors de l'absorption du CO2 par le méthanol à basse température, la solubilité de nombreux gaz augmente. Seule la solubilité de l'hydrogène n'est pas limitée par la température : plus celle-ci est basse, plus sa solubilité est faible. Ce procédé présente une bonne sélectivité pour la séparation de l'H2.
Lors du processus de récupération du CO2, tout en évitant de nuire au rendement en hydrogène, essayez d'éviter l'utilisation de réactifs coûteux (tels que la soude caustique) qui peuvent se combiner fortement avec le CO, afin de garantir la rentabilité du processus.
Date de publication : 10 décembre 2021