પાણીના ગેસમાંથી હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન

સિંગાસ ઉત્પન્ન કરવાની કોઈપણ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયામાં, CO ને હાઇડ્રોજનમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે પાણીના ગેસ શિફ્ટ પ્રતિક્રિયાની પ્રગતિનો ઉપયોગ કરવો એ એક આવશ્યક કડી છે.
આ પ્રતિક્રિયા એક ઉલટાવી શકાય તેવી એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા છે. તાપમાન જેટલું ઊંચું હશે, તેટલું જ સંતુલન રૂપાંતર ઓછું થશે. તે જ સમયે, આ પ્રતિક્રિયા એક લાક્ષણિક ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા છે. જ્યારે કોઈ ઉત્પ્રેરક ન હોય, ત્યારે 700 પર પ્રતિક્રિયા કરવી મુશ્કેલ હોય છે. ઉત્પ્રેરકની હાજરીમાં, પ્રતિક્રિયા તાપમાન ખૂબ જ ઓછું થઈ જાય છે. ઉચ્ચ તાપમાન શિફ્ટ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરતી વખતે, પ્રતિક્રિયા તાપમાન 300 ~ 500 ° સે હોય છે; જ્યારે નીચા તાપમાન શિફ્ટ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્રતિક્રિયા તાપમાન 200-400 ° સે (કોષ્ટક 22) હોય છે. કારણ કે પ્રતિક્રિયા એક આઇસોમોલેક્યુલર પ્રતિક્રિયા છે, દબાણ પ્રતિક્રિયા સંતુલન પર કોઈ અસર કરતું નથી, પરંતુ દબાણ કામગીરી ઉત્પાદન તીવ્રતા અને પ્રતિક્રિયા દરને સુધારી શકે છે.
પ્રતિક્રિયાના પ્રારંભિક તબક્કામાં, પ્રક્રિયા સંતુલન મર્યાદાથી ઘણી દૂર હોય છે અને ગતિશાસ્ત્ર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. તાપમાનમાં વધારો કરવાથી પ્રતિક્રિયા દરમાં ઘણો સુધારો થઈ શકે છે અને પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થઈ શકે છે. પ્રતિક્રિયાના પછીના તબક્કામાં, પ્રક્રિયાનું રૂપાંતર થર્મોડાયનેમિક સંતુલન દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. ઉચ્ચ તાપમાને થર્મોડાયનેમિક સંતુલન રૂપાંતર પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે. તેથી, પ્રતિક્રિયાના પછીના તબક્કામાં, CO રૂપાંતરને સુધારવા માટે નીચા તાપમાનની કામગીરી અપનાવવી જોઈએ. પ્રક્રિયાની થર્મોડાયનેમિક અને ગતિ લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે કે CO રૂપાંતર પ્રક્રિયાએ ચલ તાપમાનની કામગીરી અપનાવવી જોઈએ.
પ્રતિક્રિયાના પ્રારંભિક તબક્કામાં, પ્રક્રિયા સંતુલન મર્યાદાથી ઘણી દૂર હોય છે અને ગતિશાસ્ત્ર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. તાપમાનમાં વધારો કરવાથી પ્રતિક્રિયા દરમાં ઘણો સુધારો થઈ શકે છે અને પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થઈ શકે છે. પ્રતિક્રિયાના પછીના તબક્કામાં, પ્રક્રિયાનું રૂપાંતર થર્મોડાયનેમિક સંતુલન દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. ઉચ્ચ તાપમાને થર્મોડાયનેમિક સંતુલન રૂપાંતર પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે. તેથી, પ્રતિક્રિયાના પછીના તબક્કામાં, CO રૂપાંતરને સુધારવા માટે નીચા તાપમાનની કામગીરી અપનાવવી જોઈએ. પ્રક્રિયાની થર્મોડાયનેમિક અને ગતિ લાક્ષણિકતાઓ નક્કી કરે છે કે CO રૂપાંતર પ્રક્રિયાએ ચલ તાપમાનની કામગીરી અપનાવવી જોઈએ.
પ્રતિક્રિયા સંતુલનના પ્રતિબંધને કારણે, ઓછા તાપમાને પાણીના ગેસ રૂપાંતર પછી CO ઊંડાણપૂર્વક રૂપાંતરિત થાય છે, તેમ છતાં તેનું પ્રમાણ હજુ પણ લગભગ 1% છે, જે ઘણી અનુગામી પ્રક્રિયાઓની ઉપયોગની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતું નથી. ઉદ્યોગમાં, તે સામાન્ય રીતે કેટલીક રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. મોટી માત્રામાં હાઇડ્રોજનની હાજરીમાં CO અને O2 નું પસંદગીયુક્ત ઓક્સિડેશન CO2 ઉત્પન્ન કરે છે, અને હાઇડ્રોજન અને O2 પણ પ્રતિક્રિયા આપવા માટે સરળ છે. તેથી, પ્રક્રિયા પ્રતિક્રિયા તાપમાન અને ઉત્પ્રેરકના પ્રકાર પર સખત રીતે આધાર રાખે છે [29301].
બીજી ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા એ CO નું હાઇડ્રોજનેશન છે જેમાં મોટા પ્રમાણમાં હાઇડ્રોજન સીધા નિકલ આધારિત ઉત્પ્રેરક પર આધારિત હોય છે જેથી મિથેન ઉત્પન્ન થાય.
પાણીના ગેસ રૂપાંતર અને CO દૂર કર્યા પછી, ગેસના મુખ્ય ઘટકો H2 અને CO2 બને છે. કૃત્રિમ એમોનિયા ઉદ્યોગમાં, CO2 ને પહેલા અલગ કરવાની જરૂર છે. આ CO2 હાઇડ્રોજન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા એમોનિયા સાથે પ્રતિક્રિયા કરવાનું ચાલુ રાખી શકે છે જેથી CO2 નો મહત્તમ ઉપયોગ થાય તે માટે એમોનિયમ બાયકાર્બોનેટ, એમોનિયમ કાર્બોનેટ અથવા યુરિયા અને અન્ય રાસાયણિક ખાતરો ઉત્પન્ન થાય. આ પ્રક્રિયામાં, CO2 અને H2 ને અલગ કરવાની તકનીક મુખ્યત્વે CO2 ને રિસાયકલ ઉપયોગ કરી શકાય તેની ખાતરી કરવા માટે છે.
પ્રોટોન મેમ્બ્રેન ફ્યુઅલ સેલ જેવા હાઇડ્રોજન એપ્લિકેશન માટે, CO2 ને બદલે ફક્ત હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ થાય છે. CO2 નકામું ઉત્સર્જન બની જાય છે, જેને અન્ય ખનિજીકરણ પ્રક્રિયાઓ (જેમ કે ફૂડ ગ્રેડ કેલ્શિયમ કાર્બોનેટનું ઉત્પાદન) સાથે જોડવાની જરૂર પડી શકે છે.
જોકે, CO2 અલગ કરવાની બધી પ્રક્રિયાઓમાં, CO2 ને શોષવા માટે કાર્બનિક એમાઇન અથવા મિથેનોલનો ઉપયોગ કરવો એ વધુ સારી રીત છે. ખાસ કરીને નીચા તાપમાને મિથેનોલ દ્વારા CO2 શોષણની પ્રક્રિયામાં, ઘણા વાયુઓની દ્રાવ્યતા નીચા તાપમાને વધુ બનશે. ફક્ત હાઇડ્રોજનની દ્રાવ્યતા તાપમાન દ્વારા મર્યાદિત નથી, અને તાપમાન જેટલું ઓછું હશે, તેટલી દ્રાવ્યતા ઓછી હશે. તે H2 અલગ કરવા માટે સારી પસંદગી દર્શાવે છે.
CO2 પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની પ્રક્રિયામાં, હાઇડ્રોજન ઉપજને નુકસાન ટાળવાના આધાર પર, ખર્ચાળ રીએજન્ટ્સ (જેમ કે કોસ્ટિક સોડા) નો ઉપયોગ કરવાનું ટાળવાનો પ્રયાસ કરો જે CO સાથે મજબૂત રીતે જોડાઈ શકે છે, જેથી પ્રક્રિયાની આર્થિકતા સુનિશ્ચિત થાય.