I alla industriella processer för att generera syntesgas är det en viktig länk att använda fortskridandet av vattengasreaktionen för att omvandla CO till väte.
Denna reaktion är en reversibel exoterm reaktion. Ju högre temperatur, desto lägre motsvarande jämviktsomvandling. Samtidigt är denna reaktion en typisk katalytisk reaktion. När det inte finns någon katalysator är det svårt att reagera vid 700. I närvaro av katalysator minskas reaktionstemperaturen kraftigt. Vid användning av högtemperatur-skiftkatalysator är reaktionstemperaturen 300 ~ 500 °C; vid användning av lågtemperatur-skiftkatalysator är reaktionstemperaturen 200-400 °C (tabell 22). Eftersom reaktionen är en isomolekylär reaktion har trycket ingen effekt på reaktionsjämvikten, men tryckoperationen kan förbättra produktionsintensiteten och reaktionshastigheten.
I reaktionens inledande skede är processen långt ifrån jämviktsgränsen och styrs av kinetik. Att öka temperaturen kan avsevärt förbättra reaktionshastigheten och processeffektiviteten. I reaktionens senare skede begränsas processens omvandling av termodynamisk jämvikt. Den termodynamiska jämviktsomvandlingen vid hög temperatur är relativt låg. Därför bör lågtemperaturdrift användas i reaktionens senare skede för att förbättra CO-omvandlingen. Processens termodynamiska och kinetiska egenskaper avgör att CO-omvandlingsprocessen bör använda variabel temperatur.
I reaktionens inledande skede är processen långt ifrån jämviktsgränsen och styrs av kinetik. Att öka temperaturen kan avsevärt förbättra reaktionshastigheten och processeffektiviteten. I reaktionens senare skede begränsas processens omvandling av termodynamisk jämvikt. Den termodynamiska jämviktsomvandlingen vid hög temperatur är relativt låg. Därför bör lågtemperaturdrift användas i reaktionens senare skede för att förbättra CO-omvandlingen. Processens termodynamiska och kinetiska egenskaper avgör att CO-omvandlingsprocessen bör använda variabel temperatur.
På grund av begränsningen i reaktionsbalansen, även om CO omvandlas djupt efter lågtemperaturvattengasomvandling, är dess innehåll fortfarande cirka 1 %, vilket inte kan uppfylla användningskraven för många efterföljande processer. Inom industrin avlägsnas det vanligtvis genom vissa kemiska reaktioner. Selektiv oxidation av CO och O2 i närvaro av en stor mängd väte genererar CO2, och väte och O2 reagerar också lätt. Därför beror processen strikt på reaktionstemperaturen och typen av katalysator [29301].
En annan industrialiserad process är hydrogenering av CO med en stor mängd befintligt väte direkt på en nickelbaserad katalysator för att producera metan.
Efter omvandling av vattengas och borttagning av CO blir gasens huvudkomponenter H2 och CO2. I den syntetiska ammoniakindustrin måste CO2 först separeras. Denna CO2 kan fortsätta att reagera med ammoniak som genereras av väte i den efterföljande sektionen för att generera ammoniumbikarbonat, ammoniumkarbonat eller urea och andra kemiska gödningsmedel för att uppnå maximal användning av CO2. I denna process är separationstekniken för CO2 och H2 huvudsakligen att säkerställa att CO2 kan återvinnas.
För vätgasapplikationer som protonmembranbränsleceller används endast vätgas istället för CO2. CO2 blir oanvändbara utsläpp, vilka kan behöva kombineras med andra mineraliseringsprocesser (såsom produktion av kalciumkarbonat av livsmedelskvalitet).
I alla processer för CO2-separation är det dock ett bättre sätt att använda organisk amin eller metanol för att absorbera CO2. Speciellt i processen för CO2-absorption av metanol vid låg temperatur kommer lösligheten för många gaser att bli högre vid låg temperatur. Endast vätgaslösligheten begränsas inte av temperaturen, och ju lägre temperaturen är, desto lägre är lösligheten. Den visar en god selektivitet för H2-separation.
Vid återvinning av CO2, för att undvika skador på vätgasutbytet, försök att undvika att använda dyra reagens (såsom kaustiksoda) som kan binda starkt med CO, för att säkerställa processens ekonomi.
Publiceringstid: 10 december 2021