Hidrogen produk berasal dari air, bukan dari CO

Reaksi water-gas shift adalah CO + H₂O → CO₂ + H₂, eksotermik dengan ΔH sekitar minus 41 kJ per mol. Reaksi ini adalah tulang punggung pabrik hidrogen karena mengubah CO yang tidak diinginkan menjadi H₂ tambahan [1].

Perlu diluruskan bahwa atom hidrogen pada produk H₂ berasal dari air (steam), bukan dari CO. CO menyumbang karbonnya untuk dibawa pergi sebagai CO₂.

Tahap suhu tinggi: HTS untuk kecepatan reaksi

Tahap pertama adalah HTS (high temperature shift) pada 350 sampai 450°C dengan katalis Fe-Cr. Suhu tinggi membuat reaksi berjalan cepat, dan kadar CO turun dari sekitar 15 persen menjadi 3 persen [1][2].

Sebagian besar pekerjaan selesai pada tahap ini, tetapi 3 persen masih jauh dari cukup bersih untuk hidrogen murni. Menyelesaikan sisanya pada suhu setinggi ini tidak efisien, karena kesetimbangan reaksi eksotermik memburuk saat panas.

Pendinginan di tengah dan pemulihan panasnya

Di antara kedua tahap, gas didinginkan. Panas dari reaksi eksotermik tahap pertama tidak dibuang begitu saja, melainkan dipulihkan untuk menghasilkan steam.

Pendinginan ini melayani dua tujuan sekaligus: menyiapkan gas ke suhu tahap kedua yang lebih rendah, dan memulihkan energi reaksinya sebagai utilitas yang berguna [1].

Tahap suhu rendah: LTS untuk ketuntasan reaksi

Tahap kedua adalah LTS (low temperature shift) pada 200 sampai 250°C dengan katalis Cu-Zn, menurunkan CO dari 3 persen menjadi 0,3 persen. Katalisnya berbeda karena suhunya berbeda; satu katalis tidak cocok untuk dua rezim suhu ini [1][2].

Setelah CO₂ disingkirkan dan gas dimurnikan melalui PSA, hasilnya adalah hidrogen murni 99,99 persen. Dua tahap reaktor dengan pendingin di tengah merupakan kompromi yang menyelesaikan konflik klasik: kesetimbangan menyukai dingin, kinetika menyukai panas.