수성가스로부터 수소 생산

합성가스를 생성하는 모든 산업 공정에서 수성가스 전환반응의 진행을 활용하여 CO를 수소로 전환시키는 것은 필수적인 연결고리입니다.
이 반응은 가역적인 발열 반응이다. 온도가 높을수록 해당 평형 변환이 낮아집니다. 동시에 이 반응은 전형적인 촉매반응이다. 촉매가 없으면 700℃에서 반응이 어렵다. 촉매가 있으면 반응온도가 크게 떨어진다. 고온 전이촉매를 사용할 경우 반응온도는 300~500℃이고; 저온전환촉매를 사용한 경우 반응온도는 200~400℃이다(표 22). 반응은 이분자 반응이므로 압력은 반응평형에 영향을 미치지 않으나, 압력조작으로 생산강도와 반응속도를 향상시킬 수 있다.
반응의 초기 단계에서 공정은 평형 한계와는 거리가 멀고 동역학에 의해 제어됩니다. 온도를 높이면 반응 속도가 크게 향상되고 공정 효율이 향상됩니다. 반응의 후기 단계에서 공정의 전환은 열역학적 평형에 의해 제한됩니다. 고온에서의 열역학적 평형 변환은 상대적으로 낮습니다. 따라서 반응 후기 단계에서는 CO 전환율을 향상시키기 위해 저온 운전을 채택해야 합니다. 공정의 열역학적 및 운동학적 특성에 따라 CO 전환 공정은 가변 온도 작동을 채택해야 합니다.
반응의 초기 단계에서 공정은 평형 한계와는 거리가 멀고 동역학에 의해 제어됩니다. 온도를 높이면 반응 속도가 크게 향상되고 공정 효율이 향상됩니다. 반응의 후기 단계에서 공정의 전환은 열역학적 평형에 의해 제한됩니다. 고온에서의 열역학적 평형 변환은 상대적으로 낮습니다. 따라서 반응 후기 단계에서는 CO 전환율을 향상시키기 위해 저온 운전을 채택해야 합니다. 공정의 열역학적 및 운동학적 특성에 따라 CO 전환 공정은 가변 온도 작동을 채택해야 합니다.
반응 균형의 제한으로 인해 저온 수성 가스 변환 후 CO가 많이 변환되지만 그 함량은 여전히 ​​약 1%로 많은 후속 공정의 사용 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 산업계에서는 일반적으로 일부 화학 반응을 통해 제거됩니다. 다량의 수소 존재 하에서 CO와 O2의 선택적 산화는 CO2를 생성하며, 수소와 O2도 반응하기 쉽습니다. 따라서 공정은 반응 온도와 촉매 유형에 따라 엄격하게 달라집니다.
또 다른 산업화된 공정은 니켈 기반 촉매에 직접 다량의 기존 수소를 사용하여 CO를 수소화하여 메탄을 생성하는 것입니다.
수성가스 변환 및 CO 제거 후에 가스의 주성분은 H2와 CO2가 됩니다. 합성 암모니아 산업에서는 CO2를 먼저 분리해야 합니다. 이러한 CO2는 후속 섹션에서 수소에 의해 생성된 암모니아와 계속 반응하여 중탄산암모늄, 탄산암모늄 또는 요소 및 기타 화학 비료를 생성하여 CO2의 최대 활용을 실현할 수 있습니다. 이 과정에서 CO2와 H2의 분리 기술은 주로 CO2를 재활용하여 사용할 수 있도록 하는 것입니다.
양성자막 연료전지와 같은 수소 응용 분야에서는 CO2 대신 수소만 사용됩니다. CO2는 쓸모없는 배출이 되며, 이는 다른 광물화 공정(예: 식품 등급 탄산칼슘 생산)과 결합되어야 할 수도 있습니다.
그러나 CO2 분리의 모든 과정에서 CO2를 흡수하기 위해 유기 아민이나 메탄올을 사용하는 것이 더 나은 방법입니다. 특히 저온에서 메탄올이 CO2를 흡수하는 과정에서 많은 가스의 용해도는 저온에서 더 높아집니다. 수소의 용해도만이 온도에 의해 제한되지 않으며, 온도가 낮을수록 용해도도 낮아집니다. 이는 H2 분리에 대해 우수한 선택성을 보여줍니다.
CO2를 회수하는 과정에서 수소 수율의 손상을 방지한다는 전제 하에 CO와 강하게 결합할 수 있는 고가의 시약(가성소다 등)의 사용을 피하여 공정의 경제성을 확보하십시오.