ייצור מימן מגז מים

בכל תהליך תעשייתי של יצירת גז סינתזה, זהו חוליה חיונית לשימוש בהתקדמות תגובת הסטה של ​​גז מים כדי להמיר CO למימן.
תגובה זו היא תגובה אקסותרמית הפיכה. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך קצב ההמרה בשיווי המשקל נמוך יותר. יחד עם זאת, תגובה זו היא תגובה קטליטית אופיינית. כאשר אין זרז, קשה להגיב ב-700 מעלות צלזיוס. בנוכחות זרז, טמפרטורת התגובה יורדת באופן משמעותי. בעת שימוש בזרז שינוי בטמפרטורה גבוהה, טמפרטורת התגובה היא 300 ~ 500 מעלות צלזיוס; כאשר משתמשים בזרז שינוי בטמפרטורה נמוכה, טמפרטורת התגובה היא 200-400 מעלות צלזיוס (טבלה 22). מכיוון שהתגובה היא תגובה איזומולקולרית, ללחץ אין השפעה על שיווי המשקל של התגובה, אך פעולת הלחץ יכולה לשפר את עוצמת הייצור ואת קצב התגובה.
בשלב הראשוני של התגובה, התהליך רחוק מגבול שיווי המשקל ומבוקר על ידי קינטיקה. העלאת הטמפרטורה יכולה לשפר מאוד את קצב התגובה ולשפר את יעילות התהליך. בשלב מאוחר יותר של התגובה, המרת התהליך מוגבלת על ידי שיווי משקל תרמודינמי. המרת שיווי המשקל התרמודינמי בטמפרטורה גבוהה נמוכה יחסית. לכן, בשלב מאוחר יותר של התגובה, יש לאמץ פעולה בטמפרטורה נמוכה כדי לשפר את המרת ה-CO. המאפיינים התרמודינמיים והקינטיים של התהליך קובעים שתהליך המרת ה-CO צריך לאמץ פעולה בטמפרטורה משתנה.
בשלב הראשוני של התגובה, התהליך רחוק מגבול שיווי המשקל ומבוקר על ידי קינטיקה. העלאת הטמפרטורה יכולה לשפר מאוד את קצב התגובה ולשפר את יעילות התהליך. בשלב מאוחר יותר של התגובה, המרת התהליך מוגבלת על ידי שיווי משקל תרמודינמי. המרת שיווי המשקל התרמודינמי בטמפרטורה גבוהה נמוכה יחסית. לכן, בשלב מאוחר יותר של התגובה, יש לאמץ פעולה בטמפרטורה נמוכה כדי לשפר את המרת ה-CO. המאפיינים התרמודינמיים והקינטיים של התהליך קובעים שתהליך המרת ה-CO צריך לאמץ פעולה בטמפרטורה משתנה.
עקב מגבלת מאזן התגובה, למרות ש-CO עובר המרה עמוקה לאחר המרת גז מים בטמפרטורה נמוכה, תכולתו עדיין עומדת על כ-1%, דבר שאינו עומד בדרישות השימוש של תהליכים רבים לאחר מכן. בתעשייה, הוא בדרך כלל מוסר על ידי תגובות כימיות מסוימות. חמצון סלקטיבי של CO ו-O2 בנוכחות כמות גדולה של מימן מייצר CO2, ומימן ו-O2 גם מגיבים בקלות. לכן, התהליך תלוי אך ורק בטמפרטורת התגובה ובסוג הזרז [29301].
תהליך מתועש נוסף הוא הידרוגנציה של CO עם כמות גדולה של מימן קיים ישירות על גבי זרז מבוסס ניקל לייצור מתאן.
לאחר שינוי גז מים והסרת CO, המרכיבים העיקריים של הגז הופכים ל-H2 ו-CO2. בתעשיית האמוניה הסינתטית, יש להפריד תחילה את ה-CO2. CO2 זה יכול להמשיך להגיב עם האמוניה הנוצרת על ידי מימן בחלק הבא כדי לייצר אמוניום ביקרבונט, אמוניום פחמתי או אוריאה ודשנים כימיים אחרים כדי לממש את הניצול המרבי של CO2. בתהליך זה, טכנולוגיית ההפרדה של CO2 ו-H2 נועדה בעיקר להבטיח שניתן יהיה למחזר את ה-CO2.
עבור יישומי מימן כגון תאי דלק עם ממברנת פרוטונים, נעשה שימוש רק במימן במקום ב-CO2. CO2 הופך לפליטות חסרות תועלת, שאותן ייתכן שיהיה צורך לשלב עם תהליכי מינרליזציה אחרים (כגון ייצור סידן פחמתי בדרגת מזון).
עם זאת, בכל תהליכי הפרדת CO2, עדיף להשתמש באמין אורגני או מתנול לספיגת CO2. במיוחד בתהליך ספיגת CO2 על ידי מתנול בטמפרטורה נמוכה, המסיסות של גזים רבים תעלה בטמפרטורה נמוכה. רק מסיסות המימן אינה מוגבלת על ידי הטמפרטורה, וככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, כך המסיסות נמוכה יותר. הוא מראה סלקטיביות טובה להפרדת H2.
בתהליך הפקת CO2, מתוך הנחה של מניעת פגיעה בתפוקת המימן, יש להימנע משימוש בריאגנטים יקרים (כגון סודה קאוסטית) שיכולים להיקשר חזק עם CO, על מנת להבטיח את חסכוניות התהליך.