V každom priemyselnom procese výroby syntézneho plynu je nevyhnutným článkom využitie priebehu reakcie konverzie vodného plynu na premenu CO2 na vodík.
Táto reakcia je reverzibilná exotermická reakcia. Čím vyššia je teplota, tým nižšia je zodpovedajúca rovnovážna konverzia. Zároveň je táto reakcia typickou katalytickou reakciou. Bez katalyzátora je reakcia pri teplote 700 °C náročná. V prítomnosti katalyzátora sa reakčná teplota výrazne znižuje. Pri použití vysokoteplotného katalyzátora je reakčná teplota 300 až 500 °C; pri použití nízkoteplotného katalyzátora je reakčná teplota 200 až 400 °C (tabuľka 22). Keďže reakcia je izomolekulárna reakcia, tlak nemá vplyv na reakčnú rovnováhu, ale tlaková operácia môže zlepšiť intenzitu produkcie a rýchlosť reakcie.
V počiatočnej fáze reakcie je proces ďaleko od rovnovážnej hranice a je riadený kinetikou. Zvýšenie teploty môže výrazne zlepšiť rýchlosť reakcie a zlepšiť účinnosť procesu. V neskoršej fáze reakcie je konverzia procesu obmedzená termodynamickou rovnováhou. Termodynamická rovnovážna konverzia pri vysokej teplote je relatívne nízka. Preto by sa v neskoršej fáze reakcie mala na zlepšenie konverzie CO použiť prevádzka pri nízkej teplote. Termodynamické a kinetické charakteristiky procesu určujú, že proces konverzie CO by mal používať prevádzku pri premenlivej teplote.
V počiatočnej fáze reakcie je proces ďaleko od rovnovážnej hranice a je riadený kinetikou. Zvýšenie teploty môže výrazne zlepšiť rýchlosť reakcie a zlepšiť účinnosť procesu. V neskoršej fáze reakcie je konverzia procesu obmedzená termodynamickou rovnováhou. Termodynamická rovnovážna konverzia pri vysokej teplote je relatívne nízka. Preto by sa v neskoršej fáze reakcie mala na zlepšenie konverzie CO použiť prevádzka pri nízkej teplote. Termodynamické a kinetické charakteristiky procesu určujú, že proces konverzie CO by mal používať prevádzku pri premenlivej teplote.
Vzhľadom na obmedzenie reakčnej rovnováhy, hoci sa CO po nízkoteplotnej premene vodného plynu hlboko premieňa, jeho obsah je stále okolo 1 %, čo nespĺňa požiadavky mnohých následných procesov. V priemysle sa zvyčajne odstraňuje niektorými chemickými reakciami. Selektívna oxidácia CO a O2 v prítomnosti veľkého množstva vodíka vytvára CO2 a vodík a O2 tiež ľahko reagujú. Preto proces prísne závisí od reakčnej teploty a typu katalyzátora [29301].
Ďalším industrializovaným procesom je hydrogenácia CO2 s veľkým množstvom existujúceho vodíka priamo na katalyzátore na báze niklu za vzniku metánu.
Po transformácii vodného plynu a odstránení CO sa hlavnými zložkami plynu stávajú H2 a CO2. V priemysle syntetického amoniaku je potrebné najprv oddeliť CO2. Tento CO2 môže v nasledujúcej sekcii ďalej reagovať s amoniakom generovaným vodíkom za vzniku hydrogenuhličitanu amónneho, uhličitanu amónneho alebo močoviny a iných chemických hnojív, aby sa dosiahlo maximálne využitie CO2. V tomto procese slúži technológia separácie CO2 a H2 hlavne na zabezpečenie možnosti recyklácie CO2.
Pri vodíkových aplikáciách, ako sú palivové články s protónovou membránou, sa namiesto CO2 používa iba vodík. CO2 sa stáva zbytočnými emisiami, ktoré môže byť potrebné kombinovať s inými mineralizačnými procesmi (ako je napríklad výroba uhličitanu vápenatého potravinárskej kvality).
Avšak vo všetkých procesoch separácie CO2 je lepším spôsobom použiť organický amín alebo metanol na absorpciu CO2. Najmä v procese absorpcie CO2 metanolom pri nízkej teplote sa rozpustnosť mnohých plynov pri nízkej teplote zvyšuje. Iba rozpustnosť vodíka nie je obmedzená teplotou a čím nižšia je teplota, tým nižšia je rozpustnosť. Vykazuje dobrú selektivitu pre separáciu H2.
V procese získavania CO2 sa s cieľom predísť poškodeniu výťažnosti vodíka snažte vyhnúť používaniu drahých činidiel (ako je hydroxid sodný), ktoré sa môžu silne viazať s CO, aby sa zabezpečila hospodárnosť procesu.
Čas uverejnenia: 10. decembra 2021