У будь-якому промисловому процесі отримання синтез-газу важливою ланкою є використання процесу реакції конверсії водяного газу для перетворення CO2 на водень.
Ця реакція є оборотною екзотермічною реакцією. Чим вища температура, тим нижча відповідна рівноважна конверсія. Водночас ця реакція є типовою каталітичною реакцією. За відсутності каталізатора реакцію важко здійснити при 700°C. У присутності каталізатора температура реакції значно знижується. При використанні високотемпературного каталізатора зсуву температура реакції становить 300~500°C; при використанні низькотемпературного каталізатора зсуву температура реакції становить 200-400°C (таблиця 22). Оскільки реакція є ізомолекулярною реакцією, тиск не впливає на рівновагу реакції, але робота з тиском може покращити інтенсивність виробництва та швидкість реакції.
На початковій стадії реакції процес далекий від рівноважної межі та контролюється кінетикою. Підвищення температури може значно покращити швидкість реакції та підвищити ефективність процесу. На пізнішій стадії реакції конверсія процесу обмежена термодинамічною рівновагою. Термодинамічна рівноважна конверсія за високої температури є відносно низькою. Тому на пізній стадії реакції для покращення конверсії CO слід застосовувати низькотемпературний режим. Термодинамічні та кінетичні характеристики процесу визначають, що процес конверсії CO повинен працювати за змінної температури.
На початковій стадії реакції процес далекий від рівноважної межі та контролюється кінетикою. Підвищення температури може значно покращити швидкість реакції та підвищити ефективність процесу. На пізнішій стадії реакції конверсія процесу обмежена термодинамічною рівновагою. Термодинамічна рівноважна конверсія за високої температури є відносно низькою. Тому на пізній стадії реакції для покращення конверсії CO слід застосовувати низькотемпературний режим. Термодинамічні та кінетичні характеристики процесу визначають, що процес конверсії CO повинен працювати за змінної температури.
Через обмеження реакційного балансу, хоча CO глибоко перетворюється після низькотемпературної конверсії водяного газу, його вміст все ще становить близько 1%, що не може задовольнити вимоги використання багатьох наступних процесів. У промисловості його зазвичай видаляють за допомогою деяких хімічних реакцій. Селективне окислення CO та O2 у присутності великої кількості водню генерує CO2, а водень та O2 також легко реагують. Тому процес суворо залежить від температури реакції та типу каталізатора [29301].
Ще один промислово розвинений процес – це гідрування CO2 великою кількістю існуючого водню безпосередньо на нікелевому каталізаторі для отримання метану.
Після перетворення водяного газу та видалення CO основними компонентами газу стають H2 та CO2. У промисловості синтетичного аміаку спочатку потрібно відокремити CO2. Цей CO2 може продовжувати реакцію з аміаком, що утворюється з водню, у наступній секції для отримання бікарбонату амонію, карбонату амонію або сечовини та інших хімічних добрив для досягнення максимального використання CO2. У цьому процесі технологія розділення CO2 та H2 полягає головним чином у забезпеченні можливості повторного використання CO2.
Для водневих застосувань, таких як паливні елементи з протонною мембраною, замість CO2 використовується лише водень. CO2 перетворюється на непотрібні викиди, які, можливо, доведеться поєднувати з іншими процесами мінералізації (такими як виробництво харчового карбонату кальцію).
Однак, у всіх процесах розділення CO2, для поглинання CO2 краще використовувати органічний амін або метанол. Особливо в процесі поглинання CO2 метанолом за низької температури, розчинність багатьох газів підвищується за низької температури. Тільки розчинність водню не обмежується температурою, і чим нижча температура, тим нижча розчинність. Це демонструє хорошу селективність для розділення H2.
У процесі рекуперації CO2, щоб уникнути пошкодження виходу водню, намагайтеся уникати використання дорогих реагентів (таких як каустична сода), які можуть сильно взаємодіяти з CO, щоб забезпечити економічність процесу.
Час публікації: 10 грудня 2021 р.