წყალბადის წარმოება წყლის აირისგან

სინგაზის წარმოების ნებისმიერ სამრეწველო პროცესში, აუცილებელი რგოლია წყლის აირის გადანაცვლების რეაქციის პროგრესის გამოყენება CO-ს წყალბადად გარდასაქმნელად.
ეს რეაქცია შექცევადი ეგზოთერმული რეაქციაა. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით უფრო დაბალია შესაბამისი წონასწორული გარდაქმნა. ამავდროულად, ეს რეაქცია ტიპიური კატალიზური რეაქციაა. როდესაც კატალიზატორი არ არის, 700°C-ზე რეაქცია რთულია. კატალიზატორის თანაარსებობისას რეაქციის ტემპერატურა მნიშვნელოვნად მცირდება. მაღალი ტემპერატურის ცვლის კატალიზატორის გამოყენებისას, რეაქციის ტემპერატურაა 300 ~ 500°C; დაბალი ტემპერატურის ცვლის კატალიზატორის გამოყენებისას, რეაქციის ტემპერატურაა 200-400°C (ცხრილი 22). რადგან რეაქცია იზომომოლეკულური რეაქციაა, წნევა გავლენას არ ახდენს რეაქციის წონასწორობაზე, მაგრამ წნევის მოქმედებამ შეიძლება გააუმჯობესოს წარმოების ინტენსივობა და რეაქციის სიჩქარე.
რეაქციის საწყის ეტაპზე პროცესი შორს არის წონასწორობის ზღვრიდან და კონტროლდება კინეტიკით. ტემპერატურის აწევამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს რეაქციის სიჩქარე და გააუმჯობესოს პროცესის ეფექტურობა. რეაქციის გვიან ეტაპზე პროცესის გარდაქმნა შეზღუდულია თერმოდინამიკური წონასწორობით. მაღალ ტემპერატურაზე თერმოდინამიკური წონასწორობის გარდაქმნა შედარებით დაბალია. ამიტომ, რეაქციის გვიან ეტაპზე CO გარდაქმნის გასაუმჯობესებლად უნდა იქნას გამოყენებული დაბალი ტემპერატურის რეჟიმი. პროცესის თერმოდინამიკური და კინეტიკური მახასიათებლები განსაზღვრავს, რომ CO გარდაქმნის პროცესი უნდა იმართებოდეს ცვლადი ტემპერატურის რეჟიმით.
რეაქციის საწყის ეტაპზე პროცესი შორს არის წონასწორობის ზღვრიდან და კონტროლდება კინეტიკით. ტემპერატურის აწევამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს რეაქციის სიჩქარე და გააუმჯობესოს პროცესის ეფექტურობა. რეაქციის გვიან ეტაპზე პროცესის გარდაქმნა შეზღუდულია თერმოდინამიკური წონასწორობით. მაღალ ტემპერატურაზე თერმოდინამიკური წონასწორობის გარდაქმნა შედარებით დაბალია. ამიტომ, რეაქციის გვიან ეტაპზე CO გარდაქმნის გასაუმჯობესებლად უნდა იქნას გამოყენებული დაბალი ტემპერატურის რეჟიმი. პროცესის თერმოდინამიკური და კინეტიკური მახასიათებლები განსაზღვრავს, რომ CO გარდაქმნის პროცესი უნდა იმართებოდეს ცვლადი ტემპერატურის რეჟიმით.
რეაქციის ბალანსის შეზღუდვის გამო, მიუხედავად იმისა, რომ CO ღრმად გარდაიქმნება დაბალ ტემპერატურაზე წყლის აიროვან გარდაქმნის შემდეგ, მისი შემცველობა მაინც დაახლოებით 1%-ია, რაც ვერ აკმაყოფილებს მრავალი შემდგომი პროცესის გამოყენების მოთხოვნებს. ინდუსტრიაში, ის, როგორც წესი, მოცილდება ზოგიერთი ქიმიური რეაქციით. CO-სა და O2-ის შერჩევითი დაჟანგვა წყალბადის დიდი რაოდენობით თანაობისას წარმოქმნის CO2-ს, ხოლო წყალბადსა და O2-ს შორის რეაქცია ასევე ადვილია. ამიტომ, პროცესი მკაცრად არის დამოკიდებული რეაქციის ტემპერატურასა და კატალიზატორის ტიპზე [29301].
კიდევ ერთი ინდუსტრიული პროცესია CO-ს ჰიდროგენიზაცია დიდი რაოდენობით არსებული წყალბადით პირდაპირ ნიკელზე დაფუძნებულ კატალიზატორზე მეთანის წარმოებისთვის.
წყლის აირად გარდაქმნისა და CO2-ის მოცილების შემდეგ, აირის ძირითადი კომპონენტები ხდება H2 და CO2. სინთეზური ამიაკის ინდუსტრიაში, CO2-ის გამოყოფა ჯერ საჭიროა. ამ CO2-ს შეუძლია განაგრძოს რეაქცია წყალბადის მიერ წარმოქმნილ ამიაკთან შემდგომ ეტაპზე, რათა წარმოქმნას ამონიუმის ბიკარბონატი, ამონიუმის კარბონატი ან შარდოვანა და სხვა ქიმიური სასუქები CO2-ის მაქსიმალური გამოყენების მისაღწევად. ამ პროცესში, CO2-ისა და H2-ის გამოყოფის ტექნოლოგია ძირითადად იმის უზრუნველყოფას ისახავს მიზნად, რომ CO2-ის გადამუშავება შესაძლებელი იყოს.
წყალბადის გამოყენებისთვის, როგორიცაა პროტონული მემბრანული საწვავის უჯრედები, CO2-ის ნაცვლად მხოლოდ წყალბადი გამოიყენება. CO2 უსარგებლო გამონაბოლქვად იქცევა, რომლის შერწყმაც შესაძლოა სხვა მინერალიზაციის პროცესებთან (მაგალითად, საკვები ხარისხის კალციუმის კარბონატის წარმოება) იყოს საჭირო.
თუმცა, CO2-ის გამოყოფის ყველა პროცესში, CO2-ის შთანთქმისთვის უკეთესი გზაა ორგანული ამინის ან მეთანოლის გამოყენება. განსაკუთრებით მეთანოლის მიერ CO2-ის დაბალ ტემპერატურაზე შთანთქმის პროცესში, ბევრი აირის ხსნადობა იზრდება დაბალ ტემპერატურაზე. მხოლოდ წყალბადის ხსნადობა არ შემოიფარგლება ტემპერატურით და რაც უფრო დაბალია ტემპერატურა, მით უფრო დაბალია ხსნადობა. ის კარგ სელექციურობას ავლენს H2-ის გამოყოფისთვის.
CO2-ის აღდგენის პროცესში, წყალბადის გამოსავლის დაზიანების თავიდან აცილების წინაპირობით, შეეცადეთ თავიდან აიცილოთ ძვირადღირებული რეაგენტების (მაგალითად, კაუსტიკური სოდის) გამოყენება, რომლებსაც შეუძლიათ ძლიერად შეერთება CO-სთან, რათა უზრუნველყოთ პროცესის ეკონომიურობა.