Су газынан сутегі өндірісі

Синтез газын өндірудің кез келген өнеркәсіптік процесінде СО2-ні сутегіге айналдыру үшін су газының ығысу реакциясының барысын пайдалану маңызды буын болып табылады.
Бұл реакция қайтымды экзотермиялық реакция болып табылады. Температура неғұрлым жоғары болса, сәйкес тепе-теңдік түрленуі соғұрлым төмен болады. Сонымен қатар, бұл реакция типтік каталитикалық реакция болып табылады. Катализатор болмаған кезде 700°C температурада реакция жасау қиын. Катализатор болған кезде реакция температурасы айтарлықтай төмендейді. Жоғары температуралық ығысу катализаторын қолданған кезде реакция температурасы 300 ~ 500°C; төмен температуралық ығысу катализаторын қолданған кезде реакция температурасы 200-400°C болады (22-кесте). Реакция изомолекулярлық реакция болғандықтан, қысым реакция тепе-теңдігіне әсер етпейді, бірақ қысым жұмысы өндіріс қарқындылығы мен реакция жылдамдығын жақсарта алады.
Реакцияның бастапқы кезеңінде процесс тепе-теңдік шегінен алыс және кинетикамен басқарылады. Температураны көтеру реакция жылдамдығын айтарлықтай жақсартып, процестің тиімділігін арттыра алады. Реакцияның кейінгі кезеңінде процестің түрленуі термодинамикалық тепе-теңдікпен шектеледі. Жоғары температурадағы термодинамикалық тепе-теңдік түрленуі салыстырмалы түрде төмен. Сондықтан реакцияның кейінгі кезеңінде СО түрленуін жақсарту үшін төмен температуралық жұмысты қолдану керек. Процестің термодинамикалық және кинетикалық сипаттамалары СО түрлену процесінің айнымалы температуралық жұмысты қолдануы керектігін анықтайды.
Реакцияның бастапқы кезеңінде процесс тепе-теңдік шегінен алыс және кинетикамен басқарылады. Температураны көтеру реакция жылдамдығын айтарлықтай жақсартып, процестің тиімділігін арттыра алады. Реакцияның кейінгі кезеңінде процестің түрленуі термодинамикалық тепе-теңдікпен шектеледі. Жоғары температурадағы термодинамикалық тепе-теңдік түрленуі салыстырмалы түрде төмен. Сондықтан реакцияның кейінгі кезеңінде СО түрленуін жақсарту үшін төмен температуралық жұмысты қолдану керек. Процестің термодинамикалық және кинетикалық сипаттамалары СО түрлену процесінің айнымалы температуралық жұмысты қолдануы керектігін анықтайды.
Реакция балансының шектелуіне байланысты, төмен температуралы су газын түрлендіруден кейін СО терең түрленсе де, оның мөлшері әлі де шамамен 1% құрайды, бұл кейінгі көптеген процестердің пайдалану талаптарын қанағаттандыра алмайды. Өнеркәсіпте ол әдетте кейбір химиялық реакциялар арқылы жойылады. СО мен О2-нің көп мөлшерде сутегі болған кезде селективті тотығуы СО2 түзеді, ал сутегі мен О2 де оңай әрекеттеседі. Сондықтан процесс реакция температурасына және катализатор түріне қатаң байланысты [29301].
Тағы бір өнеркәсіптік процесс - метан алу үшін никель негізіндегі катализаторда тікелей көп мөлшердегі сутегімен СО2 гидрогенизациясы.
Су газын түрлендіруден және СО2-ні кетіруден кейін газдың негізгі компоненттері H2 және CO2-ге айналады. Синтетикалық аммиак өнеркәсібінде алдымен CO2 бөлінуі керек. Бұл CO2 келесі бөлімде сутегімен түзілетін аммиакпен әрекеттесіп, аммоний гидрокарбонатын, аммоний карбонатын немесе мочевинаны және басқа да химиялық тыңайтқыштарды түзе алады, бұл CO2-ні барынша пайдалануды қамтамасыз етеді. Бұл процесте CO2 мен H2 бөлу технологиясы негізінен CO2-ні қайта өңдеуге болатындай етіп пайдалануды қамтамасыз етуге бағытталған.
Протон мембраналық отын элементтері сияқты сутегі қолданыстары үшін CO2 орнына тек сутегі қолданылады. CO2 пайдасыз шығарындыларға айналады, оларды басқа минералдану процестерімен (мысалы, тағамдық кальций карбонатын өндіру) біріктіру қажет болуы мүмкін.
Дегенмен, CO2 бөлудің барлық процестерінде CO2 сіңіру үшін органикалық аминді немесе метанолды пайдалану жақсырақ әдіс болып табылады. Әсіресе, төмен температурада метанолмен CO2 сіңіру процесінде көптеген газдардың ерігіштігі төмен температурада жоғарылайды. Тек сутегінің ерігіштігі ғана температурамен шектелмейді, ал температура неғұрлым төмен болса, ерігіштігі соғұрлым төмен болады. Ол H2 бөлу үшін жақсы селективтілікті көрсетеді.
СО2 қалпына келтіру процесінде, сутегінің бөлінуіне зиян келтірмеу үшін, процестің үнемділігін қамтамасыз ету үшін СО-мен күшті үйлесетін қымбат реагенттерді (мысалы, каустикалық сода) пайдаланудан аулақ болуға тырысыңыз.