Ջրածնի արտադրությունը ջրային գազից

Սինգազ ստանալու ցանկացած արդյունաբերական գործընթացում էական օղակ է ջրային-գազի տեղաշարժի ռեակցիայի առաջընթացն օգտագործելը՝ CO-ն ջրածնի վերածելու համար։
Այս ռեակցիան շրջելի էկզոթերմիկ ռեակցիա է։ Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ցածր է համապատասխան հավասարակշռության փոխակերպումը։ Միևնույն ժամանակ, այս ռեակցիան տիպիկ կատալիտիկ ռեակցիա է։ Երբ կատալիզատոր չկա, դժվար է ռեակցիան իրականացնել 700°C-ում։ Կատալիզատորի առկայության դեպքում ռեակցիայի ջերմաստիճանը զգալիորեն նվազում է։ Բարձր ջերմաստիճանի տեղաշարժի կատալիզատոր օգտագործելիս ռեակցիայի ջերմաստիճանը 300 ~ 500°C է, իսկ ցածր ջերմաստիճանի տեղաշարժի կատալիզատոր օգտագործելիս՝ 200-400°C (աղյուսակ 22)։ Քանի որ ռեակցիան իզոմոլեկուլային ռեակցիա է, ճնշումը ազդեցություն չունի ռեակցիայի հավասարակշռության վրա, սակայն ճնշման գործողությունը կարող է բարելավել արտադրության ինտենսիվությունը և ռեակցիայի արագությունը։
Ռեակցիայի սկզբնական փուլում գործընթացը հեռու է հավասարակշռության սահմանից և կառավարվում է կինետիկայով։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը կարող է զգալիորեն բարելավել ռեակցիայի արագությունը և բարձրացնել գործընթացի արդյունավետությունը։ Ռեակցիայի ուշ փուլում գործընթացի փոխակերպումը սահմանափակվում է թերմոդինամիկ հավասարակշռությամբ։ Բարձր ջերմաստիճանում թերմոդինամիկ հավասարակշռության փոխակերպումը համեմատաբար ցածր է։ Հետևաբար, ռեակցիայի ուշ փուլում CO փոխակերպումը բարելավելու համար պետք է ընդունել ցածր ջերմաստիճանային գործողություն։ Գործընթացի թերմոդինամիկ և կինետիկ բնութագրերը որոշում են, որ CO փոխակերպման գործընթացը պետք է ընդունի փոփոխական ջերմաստիճանային գործողություն։
Ռեակցիայի սկզբնական փուլում գործընթացը հեռու է հավասարակշռության սահմանից և կառավարվում է կինետիկայով։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը կարող է զգալիորեն բարելավել ռեակցիայի արագությունը և բարձրացնել գործընթացի արդյունավետությունը։ Ռեակցիայի ուշ փուլում գործընթացի փոխակերպումը սահմանափակվում է թերմոդինամիկ հավասարակշռությամբ։ Բարձր ջերմաստիճանում թերմոդինամիկ հավասարակշռության փոխակերպումը համեմատաբար ցածր է։ Հետևաբար, ռեակցիայի ուշ փուլում CO փոխակերպումը բարելավելու համար պետք է ընդունել ցածր ջերմաստիճանային գործողություն։ Գործընթացի թերմոդինամիկ և կինետիկ բնութագրերը որոշում են, որ CO փոխակերպման գործընթացը պետք է ընդունի փոփոխական ջերմաստիճանային գործողություն։
Ռեակցիայի հավասարակշռության սահմանափակման պատճառով, չնայած CO-ն խորը փոխակերպման է ենթարկվում ցածր ջերմաստիճանում ջրային գազի փոխակերպումից հետո, դրա պարունակությունը դեռևս կազմում է մոտ 1%, ինչը չի կարող բավարարել հետագա բազմաթիվ գործընթացների օգտագործման պահանջները: Արդյունաբերությունում այն ​​սովորաբար հեռացվում է որոշ քիմիական ռեակցիաների միջոցով: CO-ի և O2-ի ընտրողական օքսիդացումը մեծ քանակությամբ ջրածնի առկայության դեպքում առաջացնում է CO2, և ջրածինը և O2-ը նույնպես հեշտությամբ են փոխազդում: Հետևաբար, գործընթացը խստորեն կախված է ռեակցիայի ջերմաստիճանից և կատալիզատորի տեսակից [29301]:
Մեկ այլ արդյունաբերական գործընթաց է CO-ի ջրածնացումը մեծ քանակությամբ առկա ջրածնի միջոցով՝ անմիջապես նիկելի վրա հիմնված կատալիզատորի վրա՝ մեթան ստանալու համար։
Ջրային գազի փոխակերպումից և CO-ի հեռացումից հետո գազի հիմնական բաղադրիչները դառնում են H2 և CO2: Սինթետիկ ամոնիակի արդյունաբերության մեջ CO2-ը նախ պետք է առանձնացվի: Այս CO2-ը կարող է շարունակել ռեակցիայի մեջ մտնել ջրածնի կողմից առաջացած ամոնիակի հետ հաջորդ փուլում՝ ամոնիումի բիկարբոնատ, ամոնիումի կարբոնատ կամ միզանյութ և այլ քիմիական պարարտանյութեր առաջացնելու համար՝ CO2-ի առավելագույն օգտագործումն ապահովելու համար: Այս գործընթացում CO2-ի և H2-ի առանձնացման տեխնոլոգիան հիմնականում նախատեսված է CO2-ի վերամշակման հնարավորությունն ապահովելու համար:
Ջրածնային կիրառությունների համար, ինչպիսիք են պրոտոնային թաղանթային վառելիքային բջիջները, CO2-ի փոխարեն օգտագործվում է միայն ջրածին: CO2-ը դառնում է անօգուտ արտանետումներ, որոնք կարող են անհրաժեշտ լինել համատեղել այլ հանքայնացման գործընթացների հետ (օրինակ՝ սննդային կալցիումի կարբոնատի արտադրությունը):
Այնուամենայնիվ, CO2-ի բաժանման բոլոր գործընթացներում ավելի լավ է օգտագործել օրգանական ամին կամ մեթանոլ՝ CO2-ը կլանելու համար: Հատկապես մեթանոլի կողմից CO2-ի կլանման գործընթացում ցածր ջերմաստիճանում շատ գազերի լուծելիությունը կբարձրանա ցածր ջերմաստիճանում: Միայն ջրածնի լուծելիությունը չի սահմանափակվում ջերմաստիճանով, և որքան ցածր է ջերմաստիճանը, այնքան ցածր է լուծելիությունը: Այն ցույց է տալիս լավ ընտրողականություն H2 բաժանման համար:
CO2-ի վերականգնման գործընթացում, ջրածնի ելքի վնասը կանխելու նախադրյալով, փորձեք խուսափել թանկարժեք ռեակտիվների (օրինակ՝ կծու սոդա) օգտագործումից, որոնք կարող են ուժեղ փոխազդել CO-ի հետ՝ գործընթացի տնտեսումն ապահովելու համար։