Reacció de desplaçament del gas d'aigua
La reacció de desplaçament del gas d'aigua (freqüentment abreviada com WGSR, del anglés water-gas shift reaction) descriu la reacció del monòxit de carbono i el vapor d'aigua per a formar diòxit de carbono i hidrogen:
- CO + H2O està en equilibri en CO2 + H2
La reacció de desplaçament del gas d'aigua va ser descoberta pel físic italià Felice Fontana en 1780.[1][2] No obstant, va anar molt més tart quan es va comprendre el valor industrial d'esta reacció. Fins a abans de principis de el XX, l'hidrogen s'obtenia fent reaccionar vapor a alta pressió en ferro per a produir ferro, òxit de ferro i hidrogen. En el desenroll de processos industrials que requerien hidrogen, com la síntesis d'amoníac d'Haver-Bosch, es requeria un método de producció d'hidrogen menys costós i més eficient. Com a solució a este problema, la reacció de desplaçament del gas d'aigua es combinava en la gasificació de carbó per a obtindre hidrogen pur com a producte. A mida que l'idea de l'economia d'hidrogen guanya popularitat, este enfocament de l'hidrogen com a font de combustible de substitució per als hidrocarburs està aumentant.
Aplicacions
[editar | editar còdic]La reacció de desplaçament del gas d'aigua és una important reacció industrial que s'utilisa en la fabricació d'amoníac, hidrocarburs, metanol i hidrogen. També s'utilisa a sovint junt en el reformat en vapor de metà i atres hidrocarburs. En el procés de Fischer-Tropsch, esta reacció és una de les més importants que s'utilisen per a ajustar la relació H2/CO. Proporciona una font d'hidrogen a costa del monòxit de carbono, que és important per a la producció d'hidrogen d'alta purea per al seu us en la síntesis d'amoníac.
La reacció de desplaçament del gas d'aigua pot ser una reacció secundària no desijada en processos que involucren aigua i monòxit de carbono, per eixemple, el processe de Monsanto basat en rodio.
Piles de combustible
[editar | editar còdic]La reacció de desplaçament del gas d'aigua pot ajudar en l'eficiència de les piles de combustible en aumentar la producció d'hidrogen. Esta reacció es considera un component crític en la reducció de les concentracions de monòxit de carbono en les piles que són susceptibles a l'enverinament per monòxit de carbono, com la pila de combustible de membrana d'intercanvi de protones (PEM).[3] Els beneficis d'esta aplicació són dobles: la reacció de desplaçament del gas d'aigua no solament reduiria efectivament la concentració de monòxit de carbono, sino que també aumentaria l'eficiència de les piles de combustible en aumentar la producció d'hidrogen.[3] Desafortunadament, els catalisadors comercials actuals que s'utilisen en els processos de desplaçament del gas d'aigua industrials no són compatibles en les aplicacions de piles de combustible.[4] En l'alta demanda de combustible net i el paper crític de la reacció de desplaçament del gas d'aigua en les piles de combustible d'hidrogen, el desenroll de catalisadors de desplaçament del gas d'aigua per a la seua aplicació en la tecnologia de piles de combustible és un àrea d'actual interés en investigació.
Els catalisadors per a l'aplicació en piles de combustible deurien funcionar a baixes temperatures. Ya que la reacció de desplaçament del gas d'aigua és llenta a temperatures més baixes a on l'equilibri favorix la producció d'hidrogen, els reactors de desplaçament del gas d'aigua requerixen grans cantitats de catalisador, lo que aumenta el seu cost i tamany per a la seua aplicació pràctica.[3] El catalisador comercial LTS utilisat en plantes industrials a gran escala també és pirofórico en el seu estat inactiu i, per lo tant, presenta problemes de seguritat per a les aplicacions de consum.[4] Desenrollar un catalisador que puga superar estes llimitacions és rellevant per a l'implementació d'una economia de l'hidrogen.
Desplaçament del gas d'aigua millorat per sorción (SEWGS)
[editar | editar còdic]La reacció de desplaçament del gas d'aigua s'usa en combinació en l'adsorció sòlida de CO2 en el desplaçament del gas d'aigua millorat per sorción per a produir una corrent d'hidrogen a alta pressió a partir del gas de síntesis.[5]
Condicions de reacció
[editar | editar còdic]L'equilibri d'esta reacció mostra una dependència significativa de la temperatura i la constant d'equilibri disminuïx en un aument de temperatura, és dir, s'observa una major formació d'hidrogen a temperatures més baixes.
La reacció de desplaçament del gas d'aigua és una reacció reversible moderadament exotèrmica. Per lo tant, en aumentar la temperatura, aumenta la velocitat de reacció, pero la producció de diòxit de carbono es torna menys favorable.[6] Per la seua naturalea exotèrmica, l'alt percentage de monòxit de carbono es favorix termodinámicamente a baixes temperatures. A pesar de la favorabilidad termodinàmica a baixes temperatures, la reacció és més ràpida a altes temperatures. La reacció de desplaçament del gas d'aigua és sensible a la temperatura, en una tendència a desplaçar-se cap al monòxit de carbono a mida que aumenta la temperatura pel principi de li Chatelier. Per damunt del ranc de temperatura 600-2000 K, la constant d'equilibri de la reacció de desplaçament del gas d'aigua té la següent relació:[4]
En el ranc de temperatura 600-1200 K, es pot utilisar l'expressió més simple derivada per Moe:[7]
Alternativament, la constant d'equilibri de la reacció de desplaçament del gas d'aigua derivada directament de les cantitats termodinàmiques conduïx a:[8]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ “Some people and plaus important in the history of analytical chemistry in Italy” . Microchim Acta 160: 57–87. doi:.
- ↑ (2008) Industrial Gasos Processing, Weinheim: Wiley. ISBN 978-3-527-31685-4.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 (2003) Vielstich (ed.). Handbook of fuel cells: fundamentals, technology, applications, New York: Wiley. ISBN 978-0-471-49926-8.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ Energy Procedia.37
- 2265–2273.ISSN 1876-6102.doi:10.1016/j.egypro.2013.06.107.
- ↑ Catalysis Reviews.51(3)
- 325–440.doi:10.1080/01614940903048661.
- ↑ “Design of water-gas shift reactors” . Chem Eng Prog 58 (3): 33–360.
- ↑ “The water gas shift reaction: Catalysts and reaction mechanism” . Fuel 288. doi:.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Reacción de desplazamiento del gas de agua» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.