I enhver industriell prosess for generering av syntesegass er det en viktig kobling å bruke fremdriften i vanngassskiftreaksjonen til å omdanne CO til hydrogen.
Denne reaksjonen er en reversibel eksoterm reaksjon. Jo høyere temperatur, desto lavere er den tilsvarende likevektskonverteringen. Samtidig er denne reaksjonen en typisk katalytisk reaksjon. Når det ikke er noen katalysator, er det vanskelig å reagere ved 700. I nærvær av katalysator reduseres reaksjonstemperaturen kraftig. Ved bruk av høytemperatur-skiftkatalysator er reaksjonstemperaturen 300 ~ 500 °C; ved bruk av lavtemperatur-skiftkatalysator er reaksjonstemperaturen 200-400 °C (tabell 22). Fordi reaksjonen er en isomolekylær reaksjon, har trykket ingen effekt på reaksjonslikevekten, men trykkoperasjonen kan forbedre produksjonsintensiteten og reaksjonshastigheten.
I reaksjonens begynnelsesfase er prosessen langt fra likevektsgrensen og styres av kinetikk. Å øke temperaturen kan forbedre reaksjonshastigheten og prosesseffektiviteten betraktelig. I det senere stadiet av reaksjonen er omdannelsen av prosessen begrenset av termodynamisk likevekt. Den termodynamiske likevektsomdannelsen ved høy temperatur er relativt lav. Derfor bør lavtemperaturdrift benyttes i det senere stadiet av reaksjonen for å forbedre CO-omdannelsen. De termodynamiske og kinetiske egenskapene til prosessen bestemmer at CO-omdannelsesprosessen bør benytte variabel temperaturdrift.
I reaksjonens begynnelsesfase er prosessen langt fra likevektsgrensen og styres av kinetikk. Å øke temperaturen kan forbedre reaksjonshastigheten og prosesseffektiviteten betraktelig. I det senere stadiet av reaksjonen er omdannelsen av prosessen begrenset av termodynamisk likevekt. Den termodynamiske likevektsomdannelsen ved høy temperatur er relativt lav. Derfor bør lavtemperaturdrift benyttes i det senere stadiet av reaksjonen for å forbedre CO-omdannelsen. De termodynamiske og kinetiske egenskapene til prosessen bestemmer at CO-omdannelsesprosessen bør benytte variabel temperaturdrift.
På grunn av begrensningen i reaksjonsbalansen, selv om CO omdannes dypt etter lavtemperatur vanngassomdannelse, er innholdet fortsatt omtrent 1 %, noe som ikke kan oppfylle brukskravene til mange påfølgende prosesser. I industrien fjernes det vanligvis gjennom noen kjemiske reaksjoner. Selektiv oksidasjon av CO og O2 i nærvær av en stor mengde hydrogen genererer CO2, og hydrogen og O2 reagerer også lett. Derfor avhenger prosessen strengt av reaksjonstemperaturen og typen katalysator [29301].
En annen industrialisert prosess er hydrogenering av CO med en stor mengde eksisterende hydrogen direkte på en nikkelbasert katalysator for å produsere metan.
Etter omdannelse av vanngass og fjerning av CO blir hovedkomponentene i gassen H2 og CO2. I den syntetiske ammoniakkindustrien må CO2 først separeres. Denne CO2-en kan fortsette å reagere med ammoniakk generert av hydrogen i den påfølgende seksjonen for å generere ammoniumbikarbonat, ammoniumkarbonat eller urea og annen kjemisk gjødsel for å oppnå maksimal utnyttelse av CO2. I denne prosessen er separasjonsteknologien for CO2 og H2 hovedsakelig for å sikre at CO2 kan resirkuleres.
For hydrogenapplikasjoner som protonmembranbrenselceller brukes kun hydrogen i stedet for CO2. CO2 blir til ubrukelige utslipp, som kanskje må kombineres med andre mineraliseringsprosesser (som produksjon av kalsiumkarbonat av næringsmiddelkvalitet).
I alle prosesser med CO2-separasjon er det imidlertid bedre å bruke organisk amin eller metanol for å absorbere CO2. Spesielt i prosessen med CO2-absorpsjon av metanol ved lav temperatur, vil løseligheten til mange gasser bli høyere ved lav temperatur. Bare løseligheten til hydrogen er ikke begrenset av temperatur, og jo lavere temperaturen er, desto lavere er løseligheten. Den viser god selektivitet for H2-separasjon.
I prosessen med å gjenvinne CO2, for å unngå skade på hydrogenutbyttet, bør man unngå å bruke dyre reagenser (som kaustisk soda) som kan binde seg sterkt med CO, for å sikre en lønnsom prosess.
Publisert: 10. desember 2021