إنتاج الهيدروجين من غاز الماء

في أي عملية صناعية لتوليد الغاز الاصطناعي، يعد بمثابة رابط أساسي لاستخدام تقدم تفاعل تحول غاز الماء لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى هيدروجين.
هذا التفاعل هو رد فعل طارد للحرارة عكسها. كلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفض تحويل التوازن المقابل. في الوقت نفسه، هذا التفاعل هو رد فعل حفاز نموذجي. في حالة عدم وجود محفز، يكون من الصعب التفاعل عند درجة حرارة 700. وفي وجود المحفز، تنخفض درجة حرارة التفاعل بشكل كبير. عند استخدام محفز التحول بدرجة حرارة عالية، تكون درجة حرارة التفاعل 300 ~ 500 درجة مئوية؛ عند استخدام محفز التحول في درجة الحرارة المنخفضة، تكون درجة حرارة التفاعل 200-400 درجة مئوية (الجدول 22). نظرًا لأن التفاعل عبارة عن تفاعل متساوي الجزيئات، فإن الضغط ليس له أي تأثير على توازن التفاعل، ولكن عملية الضغط يمكن أن تحسن كثافة الإنتاج ومعدل التفاعل.
في المرحلة الأولية من التفاعل، تكون العملية بعيدة عن حد التوازن ويتم التحكم فيها عن طريق الحركية. يمكن أن تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تحسين معدل التفاعل بشكل كبير وتحسين كفاءة العملية. في المرحلة اللاحقة من التفاعل، يقتصر تحويل العملية على التوازن الديناميكي الحراري. تحويل التوازن الديناميكي الحراري عند درجة حرارة عالية منخفض نسبيا. لذلك، في المرحلة اللاحقة من التفاعل، يجب اعتماد التشغيل بدرجة حرارة منخفضة لتحسين تحويل ثاني أكسيد الكربون. تحدد الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية للعملية أن عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون يجب أن تعتمد عملية درجات حرارة متغيرة.
في المرحلة الأولية من التفاعل، تكون العملية بعيدة عن حد التوازن ويتم التحكم فيها عن طريق الحركية. يمكن أن تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تحسين معدل التفاعل بشكل كبير وتحسين كفاءة العملية. في المرحلة اللاحقة من التفاعل، يقتصر تحويل العملية على التوازن الديناميكي الحراري. تحويل التوازن الديناميكي الحراري عند درجة حرارة عالية منخفض نسبيا. لذلك، في المرحلة اللاحقة من التفاعل، يجب اعتماد التشغيل بدرجة حرارة منخفضة لتحسين تحويل ثاني أكسيد الكربون. تحدد الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية للعملية أن عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون يجب أن تعتمد عملية درجات حرارة متغيرة.
بسبب تقييد توازن التفاعل، على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون يتم تحويله بعمق بعد تحويل غاز الماء بدرجة حرارة منخفضة، إلا أن محتواه لا يزال حوالي 1٪، وهو ما لا يمكنه تلبية متطلبات الاستخدام للعديد من العمليات اللاحقة. وفي الصناعة، تتم إزالته عادةً عن طريق بعض التفاعلات الكيميائية. الأكسدة الانتقائية لثاني أكسيد الكربون والأكسجين في وجود كمية كبيرة من الهيدروجين تولد ثاني أكسيد الكربون، ومن السهل أيضًا تفاعل الهيدروجين والأكسجين. لذلك، تعتمد العملية بشكل صارم على درجة حرارة التفاعل ونوع المحفز [29301].
هناك عملية صناعية أخرى تتمثل في هدرجة ثاني أكسيد الكربون مع كمية كبيرة من الهيدروجين الموجود مباشرة على محفز قائم على النيكل لإنتاج الميثان.
بعد تحويل غاز الماء وإزالة ثاني أكسيد الكربون، تصبح المكونات الرئيسية للغاز H2 وCO2. في صناعة الأمونيا الاصطناعية، يجب فصل ثاني أكسيد الكربون أولاً. يمكن أن يستمر ثاني أكسيد الكربون في التفاعل مع الأمونيا الناتجة عن الهيدروجين في القسم التالي لتوليد بيكربونات الأمونيوم، كربونات الأمونيوم أو اليوريا والأسمدة الكيماوية الأخرى لتحقيق أقصى استفادة من ثاني أكسيد الكربون. في هذه العملية، تهدف تقنية فصل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين بشكل أساسي إلى ضمان إمكانية إعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون للاستخدام.
بالنسبة لتطبيقات الهيدروجين مثل خلايا وقود غشاء البروتون، يتم استخدام الهيدروجين فقط بدلاً من ثاني أكسيد الكربون. يصبح ثاني أكسيد الكربون انبعاثات عديمة الفائدة، والتي قد تحتاج إلى دمجها مع عمليات التمعدن الأخرى (مثل إنتاج كربونات الكالسيوم المستخدمة في الأغذية).
ومع ذلك، في جميع عمليات فصل ثاني أكسيد الكربون، من الأفضل استخدام الأمين العضوي أو الميثانول لامتصاص ثاني أكسيد الكربون. خاصة في عملية امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة الميثانول عند درجة حرارة منخفضة، فإن قابلية ذوبان العديد من الغازات ستصبح أعلى عند درجة حرارة منخفضة. فقط ذوبان الهيدروجين لا يقتصر على درجة الحرارة، وكلما انخفضت درجة الحرارة، انخفضت قابلية الذوبان. يظهر انتقائية جيدة لفصل H2.
في عملية استعادة ثاني أكسيد الكربون، على أساس تجنب الإضرار بإنتاج الهيدروجين، حاول تجنب استخدام الكواشف باهظة الثمن (مثل الصودا الكاوية) التي يمكن أن تتحد بقوة مع ثاني أكسيد الكربون، وذلك لضمان اقتصاد العملية.