PROX - PROX
PROX to skrót od PReferential Utlenianie i odnosi się do preferencyjnego utleniania tlenku węgla w mieszaninie gazów przez katalizator . Ma na celu usuwanie śladowych ilości CO z mieszanin H 2 / CO / CO 2 wytwarzanych w wyniku reformingu parowego i zamiany wody na gaz . Idealny katalizator PROX utlenia korzystnie tlenek węgla (CO) przy użyciu heterogenicznego katalizatora umieszczonego na nośniku ceramicznym. Katalizatory obejmują metale, takie jak platyna , platyna / żelazo, platyna / ruten, nanocząsteczki złota, a także nowe katalizatory z konglomeratu tlenku miedzi / ceramiki.
Motywacja
Ta reakcja jest ważnym obszarem badań, mającym wpływ na projektowanie ogniw paliwowych . Jego głównym zastosowaniem jest usuwanie tlenku węgla (CO) z gazu zasilającego ogniwo paliwowe. CO zatruwa katalizator większości niskotemperaturowych ogniw paliwowych.
Tlenek węgla jest często wytwarzany jako produkt uboczny z reformingu parowego węglowodorów, w wyniku którego powstaje wodór i CO. Większość CO można zużyć w reakcji z parą wodną w reakcji przemiany gazowo-wodnej :
- CO + H 2 O ⇌ H 2 + CO 2
Reakcja przemiany wodno-gazowej może zredukować CO do 1% wsadu, z dodatkową korzyścią w postaci wytwarzania większej ilości wodoru, ale nie eliminuje go całkowicie. Aby można go było stosować w ogniwie paliwowym, gaz zasilający musi mieć CO poniżej 10 ppm .
Opis
Proces PROX pozwala na reakcję CO z tlenem, zmniejszając stężenie CO z ok. 0,5–1,5% w gazie zasilającym do mniej niż 10 ppm.
- 2CO + O 2 → 2CO 2
Ze względu na przeważającą obecność wodoru w gazie zasilającym, do pewnego stopnia wystąpi również konkurencyjne, niepożądane spalanie wodoru:
- 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
Selektywność procesu jest miarą jakości reaktora i jest definiowana jako stosunek zużytego tlenku węgla do całości zużytego wodoru i tlenku węgla.
Wadą tej technologii jest jej bardzo silny egzotermiczny charakter, w połączeniu z bardzo wąskim optymalnym przedziałem temperatury pracy i najlepiej działa w zakresie od 353 do 450 K, powodując utratę wodoru na poziomie około 1%. Dlatego wymagane jest skuteczne chłodzenie. Aby zminimalizować wytwarzanie pary, stosuje się nadmierne rozcieńczenie azotem. Dodatkowo reakcję przerywa chłodnica pośrednia przed przejściem do drugiego etapu.
W pierwszej reakcji dostarczany jest nadmiar tlenu, około dwukrotny, a około 90% CO jest przekształcane. W drugim etapie stosuje się znacznie większy nadmiar tlenu, w przybliżeniu 4-krotnie, który jest następnie przetwarzany z pozostałym CO, w celu zmniejszenia stężenia CO do mniej niż 10 ppm. Aby również uniknąć nadmiernego obciążenia frakcją CO, przejściowa praca adsorbera CO może być ważna.
Wymagania dotyczące oprzyrządowania i złożoności sterowania procesem są stosunkowo wysokie. Zaletą tej techniki w stosunku do selektywnej metanizacji jest większa prędkość przestrzenna, która zmniejsza wymagany rozmiar reaktora. W przypadku silnych wzrostów temperatury dopływ powietrza można po prostu przerwać.
Techniczne początki CO-PROX leżą w syntezie amoniaku ( proces Habera ). Synteza amoniaku również wymaga surowego wodoru wolnego od CO, ponieważ CO jest silną trucizną katalizatora dla zwykłych katalizatorów stosowanych w tym procesie.
Zobacz też
Bibliografia
- ^ Liu, Y .; Q. Fu; MF Stephanopoulos (1 września 2004). „Preferencyjne utlenianie CO w H2 w stosunku do katalizatorów CuO-CeO2”. Catalysis Today . 93–95: 241–246. doi : 10.1016 / j.cattod.2004.06.049 .
Bibliografia
- Peters et al .: Gasaufbereitung für Brennstoffzellen Chemie Ingenieur Technik 76/10 (2004) 1555-1558