Beim Austritt aus dem Spaltprozess wie Dampfreformierung, Partielle Oxidation, Koksgaserzeuger etc. befindet sich das Gasgemisch aus H2, CO, CO2, CH4, H2O bei hohen Temperaturen im Bereich von 700 bis 1400 °C im chemischen Gleichgewicht in Abhängigkeit vom Verfahrensdruck und der Mischung aus Einsatz und Prozessdampf/Wassergehalt.
Durch den Prozessschritt CO-Konvertierung wird ein großer Anteil des unerwünschten CO-Gehaltes im Spaltgas zur Erzeugung von H2-Produkt verwendet, gemäß der chemischen Reaktionsgleichung:
CO + H2O <=> H2 + CO2
Diese Reaktion ist exotherm und steht am Ende im chemischen Gleichgewicht.
In der Prozesstechnik werden im wesentlichen folgende drei Arten der CO-Konvertierung eingesetzt:
- Hochtemperaturkonvertierung (HT) bei ca. 300 bis 450 °C bis ca. 2,5 % CO-Gehalt
- Mitteltemperaturkonvertierung (MT), auch Isothermkonvertierung genannt, bei 220 bis 270 °C bis ca. 0,5 % CO-Gehalt, jeweils im trockenen Gas am Austritt
- Tieftemperaturkonvertierung (TT) bei ca. 180 bis 250 °C bis ca. 0,2 % CO-Gehalt
Für jede Art der Konvertierung wird ein spezieller Katalysator in einem Festbettreaktor verwendet, um maximale Produktmengen zu erzielen.
Die Hochtemperaturkonvertierung (HT) wird standardmäßig in den meisten H2-Anlagen verwendet.
Der Einsatz der Tieftemperaturkonvertierung erfolgt normalerweise hinter einer Hochtemperaturkonvertierung bei bereits verminderten CO-Gehalten im Spaltgas.
Der zusätzliche Aufwand rechnet sich normalerweise erst bei der Erzeugung von Wasserstoff in größeren Mengen, etwa ab 40.000 Nm3/h. Die Empfindlichkeit dieses Katalysators gegen Schwefel, flüssiges Wasser und Chlor erfordert besondere Sorgfalt im Anfahrbetrieb und bei Betriebsstörungen.
In früheren Konzepten war die TT-Konvertierung wichtig wegen der notwendigen nachfolgenden Methanisierung von CO hinter einer CO2-Wäsche, um die erforderliche H2-Produktreinheit zu erzeugen bei möglichst geringen H2-Verlusten. Mit der Erfindung der Druckwechseladsorption (DWA- oder PSA-Anlage) zur Gewinnung von reinem Wasserstoff haben sich diese Verfahrensschritte weitgehend erübrigt.
Die MT-Konvertierung als Isothermkonvertierung kann in mehreren adiabaten Reaktoren mit Zwischenkühlern angenähert werden, wird jedoch besser in einem Isothermreaktor mit eingebauter Dampferzeugung zur Prozesskühlung erreicht. Mit der Einstellung des Dampfdruckes wird die Temperatur des Prozesses geregelt.
