A szintézisgáz előállításának bármely ipari folyamatában elengedhetetlen a vízgáz-eltolódási reakció előrehaladásának felhasználása a CO hidrogénné alakításához.
Ez a reakció egy reverzibilis exoterm reakció. Minél magasabb a hőmérséklet, annál alacsonyabb a megfelelő egyensúlyi konverzió. Ugyanakkor ez a reakció egy tipikus katalitikus reakció. Katalizátor nélkül nehéz reagálni 700 °C-on. Katalizátor jelenlétében a reakcióhőmérséklet jelentősen csökken. Magas hőmérsékletű eltolódásos katalizátor használata esetén a reakcióhőmérséklet 300 ~ 500 °C; alacsony hőmérsékletű eltolódásos katalizátor használata esetén a reakcióhőmérséklet 200-400 °C (22. táblázat). Mivel a reakció izomolekuláris reakció, a nyomásnak nincs hatása a reakcióegyensúlyra, de a nyomás alatti működés javíthatja a termelés intenzitását és a reakciósebességet.
A reakció kezdeti szakaszában a folyamat messze van az egyensúlyi határtól, és a kinetika szabályozza. A hőmérséklet növelése jelentősen javíthatja a reakciósebességet és a folyamat hatékonyságát. A reakció későbbi szakaszában a folyamat konverzióját a termodinamikai egyensúly korlátozza. A termodinamikai egyensúlyi konverzió magas hőmérsékleten viszonylag alacsony. Ezért a reakció későbbi szakaszában alacsony hőmérsékleten kell működni a CO-konverzió javítása érdekében. A folyamat termodinamikai és kinetikai jellemzői miatt a CO-konverziós folyamatnak változó hőmérsékleten kell működnie.
A reakció kezdeti szakaszában a folyamat messze van az egyensúlyi határtól, és a kinetika szabályozza. A hőmérséklet növelése jelentősen javíthatja a reakciósebességet és a folyamat hatékonyságát. A reakció későbbi szakaszában a folyamat konverzióját a termodinamikai egyensúly korlátozza. A termodinamikai egyensúlyi konverzió magas hőmérsékleten viszonylag alacsony. Ezért a reakció későbbi szakaszában alacsony hőmérsékleten kell működni a CO-konverzió javítása érdekében. A folyamat termodinamikai és kinetikai jellemzői miatt a CO-konverziós folyamatnak változó hőmérsékleten kell működnie.
A reakcióegyensúly korlátozottsága miatt, bár a CO az alacsony hőmérsékletű vízgáz-átalakítás után mélyrehatóan átalakul, tartalma még mindig körülbelül 1%, ami nem tudja kielégíteni számos későbbi folyamat felhasználási követelményeit. Az iparban általában valamilyen kémiai reakcióval távolítják el. A CO és az O2 szelektív oxidációja nagy mennyiségű hidrogén jelenlétében CO2-t termel, és a hidrogén és az O2 is könnyen reagál. Ezért a folyamat szigorúan függ a reakcióhőmérséklettől és a katalizátor típusától [29301].
Egy másik iparosított eljárás a CO hidrogénezése nagy mennyiségű meglévő hidrogénnel közvetlenül nikkel alapú katalizátoron, metán előállításához.
A vízgáz átalakítása és a CO eltávolítása után a gáz fő alkotóelemei H2-vé és CO2-vé válnak. A szintetikus ammóniaiparban először a CO2-t kell elválasztani. Ez a CO2 a következő szakaszban tovább reagálhat a hidrogén által termelt ammóniával, így ammónium-hidrogén-karbonátot, ammónium-karbonátot vagy karbamidot és más kémiai műtrágyákat állít elő, hogy a CO2 maximálisan hasznosítható legyen. Ebben a folyamatban a CO2 és a H2 elválasztási technológiája elsősorban annak biztosítására szolgál, hogy a CO2 újrahasznosítható legyen.
A hidrogénalkalmazásokhoz, például a protonmembrános üzemanyagcellákhoz, kizárólag hidrogént használnak CO2 helyett. A CO2 haszontalan kibocsátássá válik, amelyet esetleg más mineralizációs folyamatokkal (például élelmiszeripari minőségű kalcium-karbonát előállításával) kell kombinálni.
A CO2 elválasztásának minden folyamatában azonban jobb módszer szerves amint vagy metanolt használni a CO2 elnyelésére. Különösen a metanol alacsony hőmérsékleten történő CO2-abszorpciója során számos gáz oldhatósága megnő alacsony hőmérsékleten. Csak a hidrogén oldhatóságát nem korlátozza a hőmérséklet, és minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál kisebb az oldhatóság. Jó szelektivitást mutat a H2 elválasztásában.
A CO2 kinyerése során a hidrogénhozam károsodásának elkerülése érdekében kerülni kell a drága reagensek (például a marónátron) használatát, amelyek erősen reagálhatnak a CO-val, így biztosítva a folyamat gazdaságosságát.
Közzététel ideje: 2021. dec. 10.