تولید هیدروژن از گاز آب

در هر فرآیند صنعتی تولید گاز سنتز، استفاده از پیشرفت واکنش تغییر گاز آب برای تبدیل CO به هیدروژن یک پیوند ضروری است.
این واکنش یک واکنش گرمازا برگشت پذیر است. هر چه دما بیشتر باشد، تبدیل تعادلی مربوطه کمتر است. در عین حال، این واکنش یک واکنش کاتالیزوری معمولی است. هنگامی که کاتالیزور وجود ندارد، واکنش در 700 دشوار است. در حضور کاتالیزور، دمای واکنش بسیار کاهش می یابد. هنگام استفاده از کاتالیزور تغییر دمای بالا، دمای واکنش 300 ~ 500 درجه سانتیگراد است. هنگامی که از کاتالیزور تغییر دمای پایین استفاده می شود، دمای واکنش 200-400 درجه سانتیگراد است (جدول 22). از آنجا که واکنش یک واکنش ایزومولکولی است، فشار بر تعادل واکنش تاثیری ندارد، اما عملیات فشار می تواند شدت تولید و سرعت واکنش را بهبود بخشد.
در مرحله اولیه واکنش، فرآیند از حد تعادل فاصله دارد و توسط سینتیک کنترل می شود. افزایش دما می تواند تا حد زیادی سرعت واکنش را بهبود بخشد و کارایی فرآیند را بهبود بخشد. در مرحله بعدی واکنش، تبدیل فرآیند توسط تعادل ترمودینامیکی محدود می شود. تبدیل تعادل ترمودینامیکی در دمای بالا نسبتا کم است. بنابراین، در مرحله بعدی واکنش، عملیات دمای پایین باید برای بهبود تبدیل CO اتخاذ شود. ویژگی های ترمودینامیکی و جنبشی فرآیند تعیین می کند که فرآیند تبدیل CO باید عملیات دمای متغیر را اتخاذ کند.
در مرحله اولیه واکنش، فرآیند از حد تعادل فاصله دارد و توسط سینتیک کنترل می شود. افزایش دما می تواند تا حد زیادی سرعت واکنش را بهبود بخشد و کارایی فرآیند را بهبود بخشد. در مرحله بعدی واکنش، تبدیل فرآیند توسط تعادل ترمودینامیکی محدود می شود. تبدیل تعادل ترمودینامیکی در دمای بالا نسبتا کم است. بنابراین، در مرحله بعدی واکنش، عملیات دمای پایین باید برای بهبود تبدیل CO اتخاذ شود. ویژگی های ترمودینامیکی و جنبشی فرآیند تعیین می کند که فرآیند تبدیل CO باید عملیات دمای متغیر را اتخاذ کند.
با توجه به محدودیت تعادل واکنش، اگرچه CO پس از تبدیل گاز آب در دمای پایین عمیقاً تبدیل می شود، محتوای آن هنوز حدود 1٪ است که نمی تواند نیازهای استفاده بسیاری از فرآیندهای بعدی را برآورده کند. در صنعت معمولاً با برخی واکنش های شیمیایی حذف می شود. اکسیداسیون انتخابی CO و O2 در حضور مقدار زیادی هیدروژن باعث تولید CO2 می شود و هیدروژن و O2 نیز به راحتی واکنش نشان می دهند. بنابراین، فرآیند به شدت به دمای واکنش و نوع کاتالیزور بستگی دارد [29301].
یکی دیگر از فرآیندهای صنعتی هیدروژنه کردن CO با مقدار زیادی هیدروژن موجود مستقیماً بر روی کاتالیزور مبتنی بر نیکل برای تولید متان است.
پس از تبدیل گاز آب و حذف CO، اجزای اصلی گاز H2 و CO2 می شوند. در صنعت آمونیاک مصنوعی، ابتدا CO2 باید جدا شود. این دی‌اکسید کربن می‌تواند به واکنش با آمونیاک تولید شده توسط هیدروژن در بخش بعدی ادامه دهد تا بی‌کربنات آمونیوم، کربنات آمونیوم یا اوره و سایر کودهای شیمیایی تولید کند تا حداکثر استفاده از CO2 را محقق کند. در این فرآیند، فناوری جداسازی CO2 و H2 عمدتاً برای اطمینان از بازیافت CO2 است.
برای کاربردهای هیدروژنی مانند سلول های سوختی غشای پروتون، به جای CO2 فقط از هیدروژن استفاده می شود. CO2 به انتشارات بی فایده تبدیل می شود که ممکن است نیاز به ترکیب با سایر فرآیندهای کانی سازی (مانند تولید کربنات کلسیم درجه مواد غذایی) داشته باشد.
با این حال، در تمام فرآیندهای جداسازی CO2، استفاده از آمین یا متانول آلی برای جذب CO2 روش بهتری است. به خصوص در فرآیند جذب CO2 توسط متانول در دمای پایین، حلالیت بسیاری از گازها در دمای پایین بیشتر می شود. فقط حلالیت هیدروژن محدود به دما نیست و هر چه دما کمتر باشد، حلالیت آن کمتر است. گزینش پذیری خوبی برای جداسازی H2 نشان می دهد.
در فرآیند بازیابی CO2، با فرض اجتناب از آسیب به عملکرد هیدروژن، سعی کنید از معرف های گران قیمت (مانند سود سوزآور) که می توانند به شدت با CO ترکیب شوند، خودداری کنید تا از صرفه جویی در فرآیند اطمینان حاصل شود.