Sentez gazı üretimine yönelik herhangi bir endüstriyel süreçte, CO'yu hidrojene dönüştürmek için su gazı kaydırma reaksiyonunun ilerlemesinden yararlanmak temel bir bağlantıdır.
Bu reaksiyon tersinir ekzotermik bir reaksiyondur. Sıcaklık ne kadar yüksekse, karşılık gelen denge dönüşümü o kadar düşük olur. Aynı zamanda, bu reaksiyon tipik bir katalitik reaksiyondur. Katalizör yokken, 700 °C'de reaksiyona girmek zordur. Katalizör varlığında, reaksiyon sıcaklığı büyük ölçüde düşer. Yüksek sıcaklık kaydırma katalizörü kullanıldığında, reaksiyon sıcaklığı 300-500 °C'dir; düşük sıcaklık kaydırma katalizörü kullanıldığında ise reaksiyon sıcaklığı 200-400 °C'dir (Tablo 22). Reaksiyon izomoleküler bir reaksiyon olduğundan, basıncın reaksiyon dengesi üzerinde bir etkisi yoktur, ancak basınçlı işlem üretim yoğunluğunu ve reaksiyon hızını artırabilir.
Reaksiyonun başlangıç aşamasında, süreç denge sınırından uzaktır ve kinetik tarafından kontrol edilir. Sıcaklığın artırılması, reaksiyon hızını ve süreç verimliliğini büyük ölçüde artırabilir. Reaksiyonun sonraki aşamasında, sürecin dönüşümü termodinamik denge ile sınırlıdır. Yüksek sıcaklıkta termodinamik denge dönüşümü nispeten düşüktür. Bu nedenle, reaksiyonun sonraki aşamasında, CO dönüşümünü iyileştirmek için düşük sıcaklıkta çalışma benimsenmelidir. Sürecin termodinamik ve kinetik özellikleri, CO dönüşüm sürecinde değişken sıcaklıkta çalışma benimsenmesi gerektiğini belirler.
Reaksiyonun başlangıç aşamasında, süreç denge sınırından uzaktır ve kinetik tarafından kontrol edilir. Sıcaklığın artırılması, reaksiyon hızını ve süreç verimliliğini büyük ölçüde artırabilir. Reaksiyonun sonraki aşamasında, sürecin dönüşümü termodinamik denge ile sınırlıdır. Yüksek sıcaklıkta termodinamik denge dönüşümü nispeten düşüktür. Bu nedenle, reaksiyonun sonraki aşamasında, CO dönüşümünü iyileştirmek için düşük sıcaklıkta çalışma benimsenmelidir. Sürecin termodinamik ve kinetik özellikleri, CO dönüşüm sürecinde değişken sıcaklıkta çalışma benimsenmesi gerektiğini belirler.
Reaksiyon dengesinin kısıtlanması nedeniyle, düşük sıcaklıkta su gazı dönüşümünden sonra CO derinlemesine dönüştürülse de, içeriği hala yaklaşık %1'dir ve bu da birçok sonraki işlemin kullanım gereksinimlerini karşılayamaz. Endüstride genellikle bazı kimyasal reaksiyonlarla uzaklaştırılır. Büyük miktarda hidrojenin varlığında CO ve O2'nin seçici oksidasyonu CO2 üretir ve hidrojen ile O2 de kolayca reaksiyona girer. Bu nedenle, işlem kesinlikle reaksiyon sıcaklığına ve katalizör tipine bağlıdır [29301].
Bir diğer endüstriyel süreç ise, metan üretmek için nikel bazlı katalizör üzerinde mevcut büyük miktarda hidrojenle CO'nun hidrojenlenmesidir.
Su gazı dönüşümü ve CO uzaklaştırılmasından sonra, gazın ana bileşenleri H2 ve CO2 olur. Sentetik amonyak endüstrisinde, öncelikle CO2'nin ayrılması gerekir. Bu CO2, daha sonraki aşamada hidrojen tarafından üretilen amonyakla reaksiyona girerek amonyum bikarbonat, amonyum karbonat veya üre ve diğer kimyasal gübreleri üretebilir ve böylece CO2'nin maksimum düzeyde kullanımı sağlanabilir. Bu süreçte, CO2 ve H2'nin ayrılması teknolojisinin temel amacı, CO2'nin geri dönüştürülebilir şekilde kullanılmasını sağlamaktır.
Proton membran yakıt hücreleri gibi hidrojen uygulamalarında, CO2 yerine sadece hidrojen kullanılır. CO2, diğer mineralizasyon süreçleriyle (örneğin gıda sınıfı kalsiyum karbonat üretimi gibi) birleştirilmesi gerekebilecek işe yaramaz emisyonlar haline gelir.
Ancak, tüm CO2 ayırma işlemlerinde, CO2'yi absorbe etmek için organik amin veya metanol kullanmak daha iyi bir yöntemdir. Özellikle düşük sıcaklıkta metanol ile CO2 absorbe etme işleminde, birçok gazın çözünürlüğü düşük sıcaklıkta artar. Sadece hidrojenin çözünürlüğü sıcaklıkla sınırlı değildir ve sıcaklık ne kadar düşükse, çözünürlük de o kadar düşük olur. Bu da H2 ayırma için iyi bir seçicilik gösterir.
CO2 geri kazanım sürecinde, hidrojen verimine zarar vermemek şartıyla, sürecin ekonomik olmasını sağlamak için CO ile güçlü bir şekilde birleşebilen pahalı reaktiflerin (kostik soda gibi) kullanımından kaçınılmalıdır.
Yayın tarihi: 10 Aralık 2021