PROX — это аббревиатура от PReferential OXidation , что означает предпочтительное окисление оксида углерода в газовой смеси катализатором . Он предназначен для удаления следовых количеств CO из смесей H2 / CO/CO2 , полученных паровым риформингом и конверсией водяного газа . Идеальный катализатор PROX предпочтительно окисляет оксид углерода (CO) с использованием гетерогенного катализатора , размещенного на керамической подложке. Катализаторы включают металлы, такие как платина , платина/железо, платина/рутений, наночастицы золота, а также новые катализаторы на основе оксида меди/керамического конгломерата. [1]
Эта реакция является важной темой для исследований, имеющих значение для проектирования топливных элементов . Ее основная польза заключается в удалении оксида углерода (CO) из питающего газа топливного элемента. CO отравляет катализатор большинства низкотемпературных топливных элементов.
Окись углерода часто образуется как побочный продукт паровой конверсии углеводородов, в результате которой образуются водород и CO. Большую часть CO можно израсходовать, вступая в реакцию с паром в реакции конверсии водяного газа :
Реакция сдвига воды и газа может снизить содержание CO до 1% в сырье, что даст дополнительное преимущество в виде производства большего количества водорода, но не устранит его полностью. Для использования в топливном элементе содержание CO в сырьевом газе должно быть ниже 10 ppm .
Процесс PROX позволяет CO реагировать с кислородом, снижая концентрацию CO с приблизительно 0,5–1,5% в исходном газе до менее 10 ppm.
Из-за преобладающего присутствия водорода в исходном газе в некоторой степени также будет происходить конкурирующее, нежелательное сжигание водорода:
Селективность процесса является мерой качества реактора и определяется как отношение потребленного монооксида углерода к общему количеству потребленного водорода и монооксида углерода.
Недостатком этой технологии является ее очень сильная экзотермическая природа в сочетании с очень узким оптимальным температурным окном работы, и лучше всего она работает между 353 и 450 К, [ требуется ссылка ] давая потерю водорода около одного процента. Поэтому требуется эффективное охлаждение. Чтобы минимизировать образование пара, используется чрезмерное разбавление азотом. Кроме того, реакция прерывается промежуточным охладителем перед переходом ко второй стадии.
В первой реакции обеспечивается избыток кислорода, примерно в два раза, и преобразуется около 90% CO. На втором этапе используется существенно более высокий избыток кислорода, примерно в 4 раза, который затем обрабатывается с оставшимся CO, чтобы снизить концентрацию CO до менее 10 ppm. Чтобы также избежать избыточной загрузки фракции CO, может быть важна переходная работа адсорбера CO.
Требования к сложности приборов и управления процессом относительно высоки. Преимущество этой технологии перед селективным метанированием заключается в более высокой объемной скорости, что уменьшает требуемый размер реактора. В случае сильного повышения температуры подачу воздуха можно просто прекратить.
Техническое происхождение CO-PROX лежит в синтезе аммиака ( процесс Габера ). Синтез аммиака также имеет строгое требование к водороду, свободному от CO, поскольку CO является сильным каталитическим ядом для обычных катализаторов, используемых в этом процессе.