जल गैस से हाइड्रोजन का उत्पादन

सिंथेटिक गैस उत्पन्न करने की किसी भी औद्योगिक प्रक्रिया में, CO को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने के लिए जल गैस स्थानांतरण प्रतिक्रिया की प्रगति का उपयोग करना एक आवश्यक कड़ी है।
यह अभिक्रिया उत्क्रमणीय ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है। तापमान जितना अधिक होगा, समतुल्य रूपांतरण उतना ही कम होगा। साथ ही, यह अभिक्रिया एक विशिष्ट उत्प्रेरकीय अभिक्रिया है। उत्प्रेरक की अनुपस्थिति में 700°C पर अभिक्रिया करना कठिन होता है। उत्प्रेरक की उपस्थिति में अभिक्रिया का तापमान काफी कम हो जाता है। उच्च तापमान उत्क्रमण उत्प्रेरक का उपयोग करने पर अभिक्रिया का तापमान 300-500°C होता है; निम्न तापमान उत्क्रमण उत्प्रेरक का उपयोग करने पर अभिक्रिया का तापमान 200-400°C होता है (तालिका 22)। क्योंकि यह अभिक्रिया समआणविक अभिक्रिया है, इसलिए दाब का अभिक्रिया समतुल्य पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता, परन्तु दाब प्रयोग से उत्पादन तीव्रता और अभिक्रिया दर में सुधार हो सकता है।
अभिक्रिया के प्रारंभिक चरण में, प्रक्रिया संतुलन सीमा से काफी दूर होती है और गतिकी द्वारा नियंत्रित होती है। तापमान बढ़ाने से अभिक्रिया की दर में काफी सुधार हो सकता है और प्रक्रिया की दक्षता बढ़ सकती है। अभिक्रिया के बाद के चरण में, प्रक्रिया का रूपांतरण ऊष्मागतिक संतुलन द्वारा सीमित होता है। उच्च तापमान पर ऊष्मागतिक संतुलन रूपांतरण अपेक्षाकृत कम होता है। इसलिए, अभिक्रिया के बाद के चरण में, CO रूपांतरण को बेहतर बनाने के लिए कम तापमान पर प्रक्रिया अपनाई जानी चाहिए। प्रक्रिया की ऊष्मागतिक और गतिकी विशेषताओं से यह निर्धारित होता है कि CO रूपांतरण प्रक्रिया में परिवर्तनशील तापमान पर प्रक्रिया अपनाई जानी चाहिए।
अभिक्रिया के प्रारंभिक चरण में, प्रक्रिया संतुलन सीमा से काफी दूर होती है और गतिकी द्वारा नियंत्रित होती है। तापमान बढ़ाने से अभिक्रिया की दर में काफी सुधार हो सकता है और प्रक्रिया की दक्षता बढ़ सकती है। अभिक्रिया के बाद के चरण में, प्रक्रिया का रूपांतरण ऊष्मागतिक संतुलन द्वारा सीमित होता है। उच्च तापमान पर ऊष्मागतिक संतुलन रूपांतरण अपेक्षाकृत कम होता है। इसलिए, अभिक्रिया के बाद के चरण में, CO रूपांतरण को बेहतर बनाने के लिए कम तापमान पर प्रक्रिया अपनाई जानी चाहिए। प्रक्रिया की ऊष्मागतिक और गतिकी विशेषताओं से यह निर्धारित होता है कि CO रूपांतरण प्रक्रिया में परिवर्तनशील तापमान पर प्रक्रिया अपनाई जानी चाहिए।
अभिक्रिया संतुलन की सीमा के कारण, कम तापमान पर जल गैस रूपांतरण के बाद CO का गहन रूपांतरण होने के बावजूद, इसकी मात्रा लगभग 1% ही रहती है, जो कई बाद की प्रक्रियाओं की उपयोग आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाती। उद्योग में, इसे आमतौर पर कुछ रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा हटाया जाता है। बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन की उपस्थिति में CO और O2 के चयनात्मक ऑक्सीकरण से CO2 उत्पन्न होती है, और हाइड्रोजन तथा O2 भी आसानी से अभिक्रिया करते हैं। इसलिए, यह प्रक्रिया अभिक्रिया तापमान और उत्प्रेरक के प्रकार पर सख्ती से निर्भर करती है [29301]।
एक अन्य औद्योगिक प्रक्रिया निकल आधारित उत्प्रेरक पर मौजूद हाइड्रोजन की बड़ी मात्रा के साथ कार्बन डाइऑक्साइड का हाइड्रोजनीकरण करके मीथेन का उत्पादन करना है।
जल-गैस रूपांतरण और CO2 निष्कासन के बाद, गैस के मुख्य घटक H2 और CO2 बन जाते हैं। कृत्रिम अमोनिया उद्योग में, CO2 को पहले अलग करना आवश्यक है। ये CO2 बाद के चरण में हाइड्रोजन द्वारा उत्पन्न अमोनिया के साथ अभिक्रिया करके अमोनियम बाइकार्बोनेट, अमोनियम कार्बोनेट या यूरिया और अन्य रासायनिक उर्वरक उत्पन्न कर CO2 का अधिकतम उपयोग सुनिश्चित करते हैं। इस प्रक्रिया में, CO2 और H2 को अलग करने की तकनीक मुख्य रूप से CO2 के पुनर्चक्रण को सुनिश्चित करती है।
प्रोटॉन झिल्ली ईंधन सेल जैसे हाइड्रोजन अनुप्रयोगों में, CO2 के स्थान पर केवल हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। CO2 एक अनुपयोगी उत्सर्जन बन जाता है, जिसे अन्य खनिजीकरण प्रक्रियाओं (जैसे खाद्य श्रेणी के कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन) के साथ संयोजित करने की आवश्यकता हो सकती है।
हालांकि, CO2 पृथक्करण की सभी प्रक्रियाओं में, CO2 को अवशोषित करने के लिए कार्बनिक अमाइन या मेथनॉल का उपयोग करना बेहतर तरीका है। विशेष रूप से कम तापमान पर मेथनॉल द्वारा CO2 अवशोषण की प्रक्रिया में, कई गैसों की घुलनशीलता कम तापमान पर बढ़ जाती है। केवल हाइड्रोजन की घुलनशीलता तापमान से सीमित नहीं होती है, और तापमान जितना कम होता है, घुलनशीलता उतनी ही कम होती जाती है। यह H2 पृथक्करण के लिए अच्छी चयनात्मकता दर्शाता है।
कार्बन डाइऑक्साइड की पुनर्प्राप्ति की प्रक्रिया में, हाइड्रोजन उत्पादन को नुकसान से बचाने के उद्देश्य से, महंगे अभिकर्मकों (जैसे कास्टिक सोडा) का उपयोग करने से बचने का प्रयास करें जो कार्बन डाइऑक्साइड के साथ मजबूती से जुड़ सकते हैं, ताकि प्रक्रिया की मितव्ययिता सुनिश्चित हो सके।