जल गैस से हाइड्रोजन का उत्पादन

सिनगैस उत्पन्न करने की किसी भी औद्योगिक प्रक्रिया में, CO को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने के लिए जल गैस शिफ्ट प्रतिक्रिया की प्रगति का उपयोग करना एक आवश्यक कड़ी है।
यह प्रतिक्रिया एक प्रतिवर्ती ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है। तापमान जितना अधिक होगा, संगत संतुलन रूपांतरण उतना ही कम होगा। साथ ही, यह प्रतिक्रिया एक विशिष्ट उत्प्रेरक प्रतिक्रिया है। जब कोई उत्प्रेरक नहीं होता है, तो 700 पर प्रतिक्रिया करना मुश्किल होता है। उत्प्रेरक की उपस्थिति में, प्रतिक्रिया तापमान बहुत कम हो जाता है। उच्च तापमान शिफ्ट उत्प्रेरक का उपयोग करते समय, प्रतिक्रिया तापमान 300 ~ 500 डिग्री सेल्सियस होता है; जब कम तापमान शिफ्ट उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है, तो प्रतिक्रिया तापमान 200-400 डिग्री सेल्सियस (तालिका 22) होता है। क्योंकि प्रतिक्रिया एक आइसोमोलेक्यूलर प्रतिक्रिया है, दबाव का प्रतिक्रिया संतुलन पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, लेकिन दबाव संचालन उत्पादन की तीव्रता और प्रतिक्रिया दर में सुधार कर सकता है।
प्रतिक्रिया के प्रारंभिक चरण में, प्रक्रिया संतुलन सीमा से दूर होती है और गतिकी द्वारा नियंत्रित होती है। तापमान बढ़ाने से प्रतिक्रिया दर में काफी सुधार हो सकता है और प्रक्रिया दक्षता में सुधार हो सकता है। प्रतिक्रिया के बाद के चरण में, प्रक्रिया का रूपांतरण थर्मोडायनामिक संतुलन द्वारा सीमित होता है। उच्च तापमान पर थर्मोडायनामिक संतुलन रूपांतरण अपेक्षाकृत कम होता है। इसलिए, प्रतिक्रिया के बाद के चरण में, CO रूपांतरण में सुधार के लिए कम तापमान संचालन को अपनाया जाना चाहिए। प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक और गतिज विशेषताएं यह निर्धारित करती हैं कि सीओ रूपांतरण प्रक्रिया को परिवर्तनीय तापमान संचालन को अपनाना चाहिए।
प्रतिक्रिया के प्रारंभिक चरण में, प्रक्रिया संतुलन सीमा से दूर होती है और गतिकी द्वारा नियंत्रित होती है। तापमान बढ़ाने से प्रतिक्रिया दर में काफी सुधार हो सकता है और प्रक्रिया दक्षता में सुधार हो सकता है। प्रतिक्रिया के बाद के चरण में, प्रक्रिया का रूपांतरण थर्मोडायनामिक संतुलन द्वारा सीमित होता है। उच्च तापमान पर थर्मोडायनामिक संतुलन रूपांतरण अपेक्षाकृत कम होता है। इसलिए, प्रतिक्रिया के बाद के चरण में, CO रूपांतरण में सुधार के लिए कम तापमान संचालन को अपनाया जाना चाहिए। प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक और गतिज विशेषताएं यह निर्धारित करती हैं कि सीओ रूपांतरण प्रक्रिया को परिवर्तनीय तापमान संचालन को अपनाना चाहिए।
प्रतिक्रिया संतुलन के प्रतिबंध के कारण, हालांकि कम तापमान वाले जल गैस रूपांतरण के बाद सीओ को गहराई से परिवर्तित किया जाता है, फिर भी इसकी सामग्री लगभग 1% है, जो बाद की कई प्रक्रियाओं की उपयोग आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है। उद्योग में, इसे आमतौर पर कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा हटा दिया जाता है। बड़ी मात्रा में हाइड्रोजन की उपस्थिति में CO और O2 का चयनात्मक ऑक्सीकरण CO2 उत्पन्न करता है, और हाइड्रोजन और O2 प्रतिक्रिया करने में भी आसान होते हैं। इसलिए, प्रक्रिया सख्ती से प्रतिक्रिया तापमान और उत्प्रेरक के प्रकार पर निर्भर करती है [29301]।
एक अन्य औद्योगीकृत प्रक्रिया मीथेन का उत्पादन करने के लिए सीधे निकल आधारित उत्प्रेरक पर मौजूदा हाइड्रोजन की एक बड़ी मात्रा के साथ सीओ का हाइड्रोजनीकरण है।
जल गैस परिवर्तन और CO हटाने के बाद, गैस के मुख्य घटक H2 और CO2 बन जाते हैं। सिंथेटिक अमोनिया उद्योग में, CO2 को पहले अलग करने की आवश्यकता होती है। ये CO2 अगले भाग में हाइड्रोजन द्वारा उत्पन्न अमोनिया के साथ प्रतिक्रिया करके CO2 का अधिकतम उपयोग प्राप्त करने के लिए अमोनियम बाइकार्बोनेट, अमोनियम कार्बोनेट या यूरिया और अन्य रासायनिक उर्वरक उत्पन्न करना जारी रख सकते हैं। इस प्रक्रिया में, CO2 और H2 की पृथक्करण तकनीक मुख्य रूप से यह सुनिश्चित करने के लिए है कि CO2 का पुनर्चक्रण उपयोग किया जा सके।
प्रोटॉन झिल्ली ईंधन कोशिकाओं जैसे हाइड्रोजन अनुप्रयोगों के लिए, CO2 के बजाय केवल हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है। CO2 बेकार उत्सर्जन बन जाता है, जिसे अन्य खनिजकरण प्रक्रियाओं (जैसे कि खाद्य ग्रेड कैल्शियम कार्बोनेट का उत्पादन) के साथ जोड़ने की आवश्यकता हो सकती है।
हालाँकि, CO2 पृथक्करण की सभी प्रक्रियाओं में, CO2 को अवशोषित करने के लिए कार्बनिक अमाइन या मेथनॉल का उपयोग करना एक बेहतर तरीका है। विशेष रूप से कम तापमान पर मेथनॉल द्वारा CO2 अवशोषण की प्रक्रिया में, कई गैसों की घुलनशीलता कम तापमान पर अधिक हो जाएगी। केवल हाइड्रोजन की घुलनशीलता तापमान तक सीमित नहीं है, और तापमान जितना कम होगा, घुलनशीलता उतनी ही कम होगी। यह H2 पृथक्करण के लिए अच्छी चयनात्मकता दर्शाता है।
CO2 को पुनर्प्राप्त करने की प्रक्रिया में, हाइड्रोजन उपज को होने वाले नुकसान से बचने के आधार पर, महंगे अभिकर्मकों (जैसे कास्टिक सोडा) का उपयोग करने से बचने का प्रयास करें जो CO के साथ मजबूती से जुड़ सकते हैं, ताकि प्रक्रिया की मितव्ययीता सुनिश्चित हो सके।