Effect of sulfur on water gas shift reaction

Abstract

Vesikaasun siirtoreaktiota (water gas shift, WGS) käytetään useissa teollisissa prosesseissa. WGS-reaktiossa hiilimonoksidi ja vesi reagoivat hiilidioksidiksi ja vedyksi. Syöttökaasu on höyryn ja synteesikaasun seos. Synteesikaasu koostuu hiilimonoksidista ja vedystä sekä usein myös hiilidioksidista. Synteesikaasu valmistetaan yleensä maakaasun höyryreformoinnilla tai kivihiilen, ruskohiilen tai biomassan kaasutuksella. Nämä raaka-aineet voivat sisältää rikkiä, joka on myrkyllistä perinteisille WGS-katalyyteille. Näistä vain rauta-kromi - katalyytti toimii rikkipitoisissa olosuhteissa, mutta senkin aktiivisuus alenee aktiivisen rautafaasin muutosten takia.

Toinen käyttökelpoinen katalyytti on koboltti-molybdeeni (CoMo), joka pitää esirikittää ennen käyttöä. Esirikityksessä kantajan pinnalle muodostuu MoS2- levyjä, joiden reunoilla olevat koordinatiivisesti tyydyttymättömät paikat ovat katalyyttisesti aktiivisia. Koska katalyytin pinnalla oleva rikki voi reagoida syöttökaasun vedyn kanssa H2S:ksi ja siten desorboitua, pitää syötössä olla mukana rikkiä. Tavallisesti CoMo-katalyytin koboltti toimii jouduttimena ja aluminaa käytetään kantaja-aineena.

Diplomityön kokeellisessa osassa testattiin kahta metallioksidikatalyyttiä (MO1 ja MO2) WGS-reaktiossa. Käytetyt lämpötilat olivat 300 ja 400 °C ja paineet 1 ja 5 bar(a). Rikkipitoisuudet syötössä olivat 0, 100 ja 370 ppm. MO1-katalyytillä saavutettiin korkeammat CO-konversiot kuin MO2-katalyytillä, mutta sen pitkän ajan rikinkestoa ei ehditty testata. Sekä lämpötilan että paineen nosto paransi konversiota molemmilla katalyyteillä. Lisäksi MO2 katalyytillä oli huomattavasti parempi konversio esirikitettynä kuin tuoreena. Rikin puuttuminen syöttökaasusta ei juuri huonontanut MO2:n aktiivisuutta.