В любом промышленном процессе производства синтез-газа важным звеном является использование реакции конверсии водяного газа для преобразования CO в водород.
Эта реакция является обратимой экзотермической реакцией. Чем выше температура, тем ниже соответствующая равновесная конверсия. В то же время эта реакция является типичной каталитической реакцией. Когда нет катализатора, трудно прореагировать при 700°С. В присутствии катализатора температура реакции значительно снижается. При использовании катализатора высокотемпературного сдвига температура реакции составляет 300 ~ 500 ° C; При использовании катализатора низкотемпературной конверсии температура реакции составляет 200-400°С (таблица 22). Поскольку реакция является изомолекулярной реакцией, давление не влияет на равновесие реакции, но работа под давлением может улучшить интенсивность производства и скорость реакции.
На начальном этапе реакции процесс далек от равновесного предела и контролируется кинетикой. Повышение температуры может значительно улучшить скорость реакции и повысить эффективность процесса. На более поздней стадии реакции конверсия процесса ограничивается термодинамическим равновесием. Термодинамически равновесная конверсия при высокой температуре относительно низкая. Следовательно, на более поздней стадии реакции следует использовать низкотемпературную операцию для улучшения конверсии CO. Термодинамические и кинетические характеристики процесса определяют, что процесс конверсии CO должен осуществляться при переменной температуре.
На начальном этапе реакции процесс далек от равновесного предела и контролируется кинетикой. Повышение температуры может значительно улучшить скорость реакции и повысить эффективность процесса. На более поздней стадии реакции конверсия процесса ограничивается термодинамическим равновесием. Термодинамически равновесная конверсия при высокой температуре относительно низкая. Следовательно, на более поздней стадии реакции следует использовать низкотемпературную операцию для улучшения конверсии CO. Термодинамические и кинетические характеристики процесса определяют, что процесс конверсии CO должен осуществляться при переменной температуре.
Из-за ограничения реакционного баланса, хотя CO глубоко преобразуется после низкотемпературной конверсии водяного газа, его содержание все еще составляет около 1%, что не может удовлетворить требования использования многих последующих процессов. В промышленности его обычно удаляют с помощью химических реакций. Селективное окисление CO и O2 в присутствии большого количества водорода приводит к образованию CO2, при этом водород и O2 также легко вступают в реакцию. Поэтому процесс строго зависит от температуры реакции и типа катализатора [29301].
Другим промышленно развитым процессом является гидрирование CO с использованием большого количества существующего водорода непосредственно на катализаторе на основе никеля с получением метана.
После преобразования водяного газа и удаления CO основными компонентами газа становятся H2 и CO2. В производстве синтетического аммиака сначала необходимо отделить CO2. Этот CO2 может продолжать реагировать с аммиаком, вырабатываемым водородом, в следующей секции с образованием бикарбоната аммония, карбоната аммония или мочевины и других химических удобрений для достижения максимального использования CO2. В этом процессе технология разделения CO2 и H2 предназначена главным образом для обеспечения возможности повторного использования CO2.
В водородных приложениях, таких как топливные элементы с протонной мембраной, вместо CO2 используется только водород. CO2 становится бесполезными выбросами, которые, возможно, придется объединить с другими процессами минерализации (например, производством пищевого карбоната кальция).
Однако во всех процессах отделения CO2 лучше использовать органический амин или метанол для поглощения CO2. Особенно в процессе поглощения CO2 метанолом при низкой температуре растворимость многих газов становится выше при низкой температуре. Только растворимость водорода не ограничена температурой, и чем ниже температура, тем ниже растворимость. Он показывает хорошую селективность при отделении H2.
В процессе восстановления CO2, во избежание ущерба для выхода водорода, старайтесь избегать использования дорогих реагентов (таких как каустическая сода), которые могут сильно соединяться с CO, чтобы обеспечить экономичность процесса.
Время публикации: 10 декабря 2021 г.
