Em qualquer processo industrial de geração de gás de síntese, é essencial utilizar a reação de deslocamento do gás de água para converter CO em hidrogênio.
Esta reação é exotérmica e reversível. Quanto maior a temperatura, menor a conversão de equilíbrio correspondente. Ao mesmo tempo, esta reação é tipicamente catalítica. Na ausência de catalisador, a reação é difícil a 700 °C. Na presença de catalisador, a temperatura de reação é significativamente reduzida. Ao utilizar um catalisador de conversão de alta temperatura, a temperatura de reação varia entre 300 e 500 °C; ao utilizar um catalisador de conversão de baixa temperatura, a temperatura de reação varia entre 200 e 400 °C (Tabela 22). Como a reação é isomolecular, a pressão não afeta o equilíbrio da reação, mas a operação sob pressão pode aumentar a intensidade de produção e a velocidade da reação.
Na fase inicial da reação, o processo está longe do limite de equilíbrio e é controlado pela cinética. O aumento da temperatura pode melhorar significativamente a taxa de reação e a eficiência do processo. Na fase posterior da reação, a conversão do processo é limitada pelo equilíbrio termodinâmico. A conversão em equilíbrio termodinâmico a altas temperaturas é relativamente baixa. Portanto, na fase posterior da reação, a operação em baixa temperatura deve ser adotada para melhorar a conversão de CO. As características termodinâmicas e cinéticas do processo determinam que o processo de conversão de CO deve adotar a operação em temperatura variável.
Na fase inicial da reação, o processo está longe do limite de equilíbrio e é controlado pela cinética. O aumento da temperatura pode melhorar significativamente a taxa de reação e a eficiência do processo. Na fase posterior da reação, a conversão do processo é limitada pelo equilíbrio termodinâmico. A conversão em equilíbrio termodinâmico a altas temperaturas é relativamente baixa. Portanto, na fase posterior da reação, a operação em baixa temperatura deve ser adotada para melhorar a conversão de CO. As características termodinâmicas e cinéticas do processo determinam que o processo de conversão de CO deve adotar a operação em temperatura variável.
Devido à restrição do equilíbrio de reação, embora o CO seja profundamente convertido após a conversão de gás de água a baixa temperatura, seu teor ainda é de cerca de 1%, o que não atende aos requisitos de uso de muitos processos subsequentes. Na indústria, ele geralmente é removido por meio de algumas reações químicas. A oxidação seletiva de CO e O2 na presença de uma grande quantidade de hidrogênio gera CO2, e o hidrogênio e o O2 também reagem facilmente. Portanto, o processo depende estritamente da temperatura de reação e do tipo de catalisador [29301].
Outro processo industrializado é a hidrogenação de CO com uma grande quantidade de hidrogênio existente diretamente sobre um catalisador à base de níquel para produzir metano.
Após a transformação do gás de água e a remoção do CO, os principais componentes do gás tornam-se H2 e CO2. Na indústria de amônia sintética, o CO2 precisa ser separado primeiro. Esse CO2 pode então reagir com a amônia gerada pelo hidrogênio na etapa subsequente para produzir bicarbonato de amônio, carbonato de amônio ou ureia e outros fertilizantes químicos, maximizando assim a utilização do CO2. Nesse processo, a tecnologia de separação de CO2 e H2 tem como principal objetivo garantir que o CO2 possa ser reciclado e reutilizado.
Em aplicações de hidrogênio, como células a combustível de membrana de prótons, utiliza-se apenas hidrogênio em vez de CO2. O CO2 torna-se uma emissão inútil, que pode precisar ser combinada com outros processos de mineralização (como a produção de carbonato de cálcio de grau alimentício).
No entanto, em todos os processos de separação de CO2, é mais vantajoso utilizar aminas orgânicas ou metanol para absorver o CO2. Especialmente no processo de absorção de CO2 por metanol em baixa temperatura, a solubilidade de muitos gases aumenta com o tempo. Apenas a solubilidade do hidrogênio não é limitada pela temperatura; quanto menor a temperatura, menor a solubilidade. Isso demonstra uma boa seletividade para a separação de H2.
No processo de recuperação de CO2, e visando evitar danos ao rendimento de hidrogênio, deve-se evitar o uso de reagentes caros (como soda cáustica) que podem se combinar fortemente com o CO, de forma a garantir a economia do processo.
Data da publicação: 10 de dezembro de 2021