In qualsiasi processo industriale di generazione di syngas, è fondamentale utilizzare la reazione di spostamento del gas d'acqua per convertire la CO₂ in idrogeno.
Questa reazione è una reazione esotermica reversibile. Maggiore è la temperatura, minore è la conversione di equilibrio corrispondente. Allo stesso tempo, questa reazione è una tipica reazione catalitica. In assenza di catalizzatore, è difficile che la reazione avvenga a 700 °C. In presenza di catalizzatore, la temperatura di reazione si riduce notevolmente. Utilizzando un catalizzatore ad alta temperatura di transizione, la temperatura di reazione è di 300-500 °C; utilizzando un catalizzatore a bassa temperatura di transizione, la temperatura di reazione è di 200-400 °C (tabella 22). Poiché la reazione è isomolecolare, la pressione non ha alcun effetto sull'equilibrio di reazione, ma l'operazione sotto pressione può migliorare l'intensità di produzione e la velocità di reazione.
Nella fase iniziale della reazione, il processo è lontano dal limite di equilibrio ed è controllato dalla cinetica. L'aumento della temperatura può migliorare notevolmente la velocità di reazione e l'efficienza del processo. Nella fase successiva della reazione, la conversione del processo è limitata dall'equilibrio termodinamico. La conversione all'equilibrio termodinamico ad alta temperatura è relativamente bassa. Pertanto, nella fase successiva della reazione, è opportuno adottare un funzionamento a bassa temperatura per migliorare la conversione del CO. Le caratteristiche termodinamiche e cinetiche del processo determinano che il processo di conversione del CO dovrebbe adottare un funzionamento a temperatura variabile.
Nella fase iniziale della reazione, il processo è lontano dal limite di equilibrio ed è controllato dalla cinetica. L'aumento della temperatura può migliorare notevolmente la velocità di reazione e l'efficienza del processo. Nella fase successiva della reazione, la conversione del processo è limitata dall'equilibrio termodinamico. La conversione all'equilibrio termodinamico ad alta temperatura è relativamente bassa. Pertanto, nella fase successiva della reazione, è opportuno adottare un funzionamento a bassa temperatura per migliorare la conversione del CO. Le caratteristiche termodinamiche e cinetiche del processo determinano che il processo di conversione del CO dovrebbe adottare un funzionamento a temperatura variabile.
A causa della limitazione dell'equilibrio di reazione, sebbene il CO venga convertito in modo significativo dopo la conversione del gas d'acqua a bassa temperatura, il suo contenuto è ancora circa l'1%, il che non soddisfa i requisiti di utilizzo di molti processi successivi. Nell'industria, viene solitamente rimosso mediante alcune reazioni chimiche. L'ossidazione selettiva di CO e O2 in presenza di una grande quantità di idrogeno genera CO2, e anche l'idrogeno e l'O2 reagiscono facilmente. Pertanto, il processo dipende strettamente dalla temperatura di reazione e dal tipo di catalizzatore [29301].
Un altro processo industrializzato è l'idrogenazione del CO con una grande quantità di idrogeno già presente, direttamente su un catalizzatore a base di nichel, per produrre metano.
Dopo la trasformazione del gas d'acqua e la rimozione della CO₂, i componenti principali del gas diventano H₂ e CO₂. Nell'industria dell'ammoniaca sintetica, la CO₂ deve essere separata per prima. Questa CO₂ può poi reagire con l'ammoniaca generata dall'idrogeno nella sezione successiva per produrre bicarbonato di ammonio, carbonato di ammonio o urea e altri fertilizzanti chimici, realizzando così il massimo utilizzo della CO₂. In questo processo, la tecnologia di separazione di CO₂ e H₂ serve principalmente a garantire che la CO₂ possa essere riciclata e riutilizzata.
Nelle applicazioni dell'idrogeno, come ad esempio nelle celle a combustibile a membrana protonica, si utilizza esclusivamente idrogeno al posto della CO2. La CO2 diventa un'emissione inutile, che potrebbe dover essere combinata con altri processi di mineralizzazione (come la produzione di carbonato di calcio per uso alimentare).
Tuttavia, in tutti i processi di separazione della CO2, è preferibile utilizzare ammine organiche o metanolo per assorbire la CO2. In particolare, nel processo di assorbimento della CO2 tramite metanolo a bassa temperatura, la solubilità di molti gas aumenta a basse temperature. Solo la solubilità dell'idrogeno non è limitata dalla temperatura: più bassa è la temperatura, minore è la solubilità. Ciò dimostra una buona selettività per la separazione dell'H2.
Nel processo di recupero della CO2, al fine di evitare danni alla resa di idrogeno, è opportuno evitare l'utilizzo di reagenti costosi (come la soda caustica) che possono reagire fortemente con la CO2, in modo da garantire la redditività del processo.
Data di pubblicazione: 10 dicembre 2021