Ūdeņraža ražošana no ūdens gāzes

Jebkurā rūpnieciskā sintēzes gāzes ražošanas procesā ir svarīgi izmantot ūdens gāzes maiņas reakcijas progresu, lai pārvērstu CO ūdeņradī.
Šī reakcija ir atgriezeniska eksotermiska reakcija. Jo augstāka temperatūra, jo zemāka atbilstošā līdzsvara konversija. Tajā pašā laikā šī reakcija ir tipiska katalītiska reakcija. Ja katalizatora nav, reaģēt 700 °C temperatūrā ir grūti. Katalizatora klātbūtnē reakcijas temperatūra ievērojami samazinās. Izmantojot augstas temperatūras nobīdes katalizatoru, reakcijas temperatūra ir 300–500 °C; izmantojot zemas temperatūras nobīdes katalizatoru, reakcijas temperatūra ir 200–400 °C (22. tabula). Tā kā reakcija ir izomolekulāra reakcija, spiedienam nav ietekmes uz reakcijas līdzsvaru, bet spiediena darbība var uzlabot ražošanas intensitāti un reakcijas ātrumu.
Reakcijas sākumposmā process atrodas tālu no līdzsvara robežas un to kontrolē kinētika. Temperatūras paaugstināšana var ievērojami uzlabot reakcijas ātrumu un procesa efektivitāti. Reakcijas vēlākajā posmā procesa konversiju ierobežo termodinamiskais līdzsvars. Termodinamiskā līdzsvara konversija augstā temperatūrā ir relatīvi zema. Tāpēc reakcijas vēlākajā posmā, lai uzlabotu CO konversiju, jāizmanto zema temperatūra. Procesa termodinamiskās un kinētiskās īpašības nosaka, ka CO konversijas procesam jāizmanto mainīga temperatūra.
Reakcijas sākumposmā process atrodas tālu no līdzsvara robežas un to kontrolē kinētika. Temperatūras paaugstināšana var ievērojami uzlabot reakcijas ātrumu un procesa efektivitāti. Reakcijas vēlākajā posmā procesa konversiju ierobežo termodinamiskais līdzsvars. Termodinamiskā līdzsvara konversija augstā temperatūrā ir relatīvi zema. Tāpēc reakcijas vēlākajā posmā, lai uzlabotu CO konversiju, jāizmanto zema temperatūra. Procesa termodinamiskās un kinētiskās īpašības nosaka, ka CO konversijas procesam jāizmanto mainīga temperatūra.
Reakcijas līdzsvara ierobežojumu dēļ, lai gan CO pēc zemas temperatūras ūdens gāzes konversijas tiek dziļi pārveidots, tā saturs joprojām ir aptuveni 1%, kas nevar apmierināt daudzu turpmāko procesu lietošanas prasības. Rūpniecībā to parasti noņem ar dažām ķīmiskām reakcijām. CO un O2 selektīvā oksidēšana lielā ūdeņraža daudzuma klātbūtnē rada CO2, un ūdeņradis un O2 arī viegli reaģē. Tāpēc process ir stingri atkarīgs no reakcijas temperatūras un katalizatora veida [29301].
Vēl viens industrializēts process ir CO hidrogenēšana ar lielu daudzumu esošā ūdeņraža tieši uz niķeļa katalizatora, lai iegūtu metānu.
Pēc ūdens gāzes pārveidošanas un CO atdalīšanas galvenās gāzes sastāvdaļas kļūst par H2 un CO2. Sintētiskā amonjaka rūpniecībā vispirms ir jāatdala CO2. Šis CO2 var turpināt reaģēt ar amonjaku, kas rodas, ūdeņradim radot amonjaku, nākamajā sekcijā iegūstot amonija bikarbonātu, amonija karbonātu vai urīnvielu un citus ķīmiskos mēslošanas līdzekļus, lai maksimāli izmantotu CO2. Šajā procesā CO2 un H2 atdalīšanas tehnoloģija galvenokārt ir paredzēta, lai nodrošinātu, ka CO2 var pārstrādāt.
Ūdeņraža pielietojumos, piemēram, protonu membrānas degvielas elementos, CO2 vietā tiek izmantots tikai ūdeņradis. CO2 kļūst par bezjēdzīgām emisijām, kuras, iespējams, būs jāapvieno ar citiem mineralizācijas procesiem (piemēram, pārtikas kvalitātes kalcija karbonāta ražošanu).
Tomēr visos CO2 atdalīšanas procesos labāk ir izmantot organisko amīnu vai metanolu CO2 absorbēšanai. Īpaši CO2 absorbcijas procesā ar metanolu zemā temperatūrā daudzu gāzu šķīdība palielināsies. Tikai ūdeņraža šķīdība nav ierobežota ar temperatūru, un jo zemāka temperatūra, jo zemāka šķīdība. Tam ir laba selektivitāte H2 atdalīšanai.
CO2 atgūšanas procesā, lai izvairītos no ūdeņraža ražas bojājumiem, jācenšas izvairīties no dārgu reaģentu (piemēram, kaustiskās sodas) izmantošanas, kas var spēcīgi saistīties ar CO, lai nodrošinātu procesa ekonomiskumu.