V vsakem industrijskem procesu pridobivanja sinteznega plina je bistvena povezava uporaba poteka reakcije pretvorbe vodnega plina za pretvorbo CO2 v vodik.
Ta reakcija je reverzibilna eksotermna reakcija. Višja kot je temperatura, nižja je ustrezna ravnotežna pretvorba. Hkrati je ta reakcija tipična katalitična reakcija. Brez katalizatorja je reakcija pri 700 °C težka. V prisotnosti katalizatorja se reakcijska temperatura močno zniža. Pri uporabi visokotemperaturnega katalizatorja je reakcijska temperatura 300–500 °C; pri uporabi nizkotemperaturnega katalizatorja je reakcijska temperatura 200–400 °C (tabela 22). Ker je reakcija izomolekularna reakcija, tlak ne vpliva na reakcijsko ravnotežje, vendar lahko delovanje s tlakom izboljša intenzivnost proizvodnje in hitrost reakcije.
V začetni fazi reakcije je proces daleč od ravnotežne meje in ga nadzira kinetika. Zvišanje temperature lahko močno izboljša hitrost reakcije in izboljša učinkovitost procesa. V kasnejši fazi reakcije je pretvorba procesa omejena s termodinamičnim ravnovesjem. Termodinamična ravnotežna pretvorba pri visoki temperaturi je relativno nizka. Zato je treba v kasnejši fazi reakcije za izboljšanje pretvorbe CO uporabiti delovanje pri nizki temperaturi. Termodinamične in kinetične značilnosti procesa določajo, da mora postopek pretvorbe CO delovati pri spremenljivi temperaturi.
V začetni fazi reakcije je proces daleč od ravnotežne meje in ga nadzira kinetika. Zvišanje temperature lahko močno izboljša hitrost reakcije in izboljša učinkovitost procesa. V kasnejši fazi reakcije je pretvorba procesa omejena s termodinamičnim ravnovesjem. Termodinamična ravnotežna pretvorba pri visoki temperaturi je relativno nizka. Zato je treba v kasnejši fazi reakcije za izboljšanje pretvorbe CO uporabiti delovanje pri nizki temperaturi. Termodinamične in kinetične značilnosti procesa določajo, da mora postopek pretvorbe CO delovati pri spremenljivi temperaturi.
Zaradi omejitve reakcijskega ravnovesja je CO po nizkotemperaturni pretvorbi vodnega plina sicer globoko pretvorjen, vendar je njegova vsebnost še vedno približno 1 %, kar ne more zadostiti zahtevam uporabe v številnih nadaljnjih procesih. V industriji se običajno odstrani z nekaterimi kemičnimi reakcijami. Selektivna oksidacija CO in O2 v prisotnosti velike količine vodika ustvari CO2, vodik in O2 pa prav tako zlahka reagirata. Zato je postopek strogo odvisen od reakcijske temperature in vrste katalizatorja [29301].
Drug industrializiran postopek je hidrogeniranje CO2 z veliko količino obstoječega vodika neposredno na katalizatorju na osnovi niklja za proizvodnjo metana.
Po pretvorbi vodnega plina in odstranitvi CO postaneta glavni sestavini plina H2 in CO2. V industriji sintetičnega amoniaka je treba najprej ločiti CO2. Ta CO2 lahko v naslednjem postopku še naprej reagira z amonijakom, ki nastane iz vodika, da nastane amonijev bikarbonat, amonijev karbonat ali sečnina in druga kemična gnojila, s čimer se doseže maksimalen izkoristek CO2. V tem procesu je tehnologija ločevanja CO2 in H2 namenjena predvsem zagotavljanju možnosti recikliranja CO2.
Za uporabo vodika, kot so gorivne celice s protonsko membrano, se namesto CO2 uporablja samo vodik. CO2 postane neuporabna emisija, ki jo bo morda treba kombinirati z drugimi procesi mineralizacije (kot je proizvodnja kalcijevega karbonata živilske kakovosti).
Vendar pa je pri vseh postopkih ločevanja CO2 boljši način za absorpcijo CO2 uporaba organskega amina ali metanola. Še posebej pri postopku absorpcije CO2 z metanolom pri nizki temperaturi se topnost mnogih plinov pri nizki temperaturi poveča. Le topnost vodika ni omejena s temperaturo in nižja kot je temperatura, nižja je topnost. To kaže dobro selektivnost za ločevanje H2.
Pri procesu pridobivanja CO2 se je treba izogibati uporabi dragih reagentov (kot je kavstična soda), ki se lahko močno vežejo s CO, da se zagotovi ekonomičnost postopka, da se prepreči škoda na izkoristku vodika.
Čas objave: 10. dec. 2021