Usuari:Mcapdevila/Gas de síntesi

Planta de gasificació de carbó a Tampa, per produir hidrogen i electricitat.

El gas de síntesi és un gas combustible obtingut a partir de substàncies riques en carboni (hulla, carbó, carbó de coc, nafta, biomassa) sotmeses a un procés químic a alta temperatura. Conté quantitats variables de monòxid de carboni (CO) i hidrogen (H₂).

Mètodes de producció

Segons els diferents mètodes de producció pot rebre diferents noms.

• Gas d'enllumenat o gas d'hulla: Es produeix per piròlisi, destil·lació o pirogenació de l'hulla en absència d'aire i a alta temperatura (1200-1300º C), o bé, per piròlisi del lignit a baixa temperatura. En aquests casos s'obté coque (hulla) o semicoc (lignit) com a residu, que s'usa com a combustible encara que no serveix per a la indústria del ferro. Aquest gas va ser utilitzat com a combustible per a l'enllumenat públic (llum de gas) a finals del segle xix i començament del segle xx. Conté un 45% de hidrogen, 35% de metà, 8% de monòxid de carboni i altres gasos en menor proporció.

• Gas de coc: S'obté per escalfament intens i lent de l'hulla (hulla greixosa) amb una combinació d'aire i vapor, a alta temperatura, en les coqueries. A part del carbó de coc sòlid fabricat, de gran interès per a la indústria siderúrgica i la síntesi química d'acetilè, es forma un gas que conté hidrogen, monòxid de carboni, nitrogen i diòxid de carboni).

Generador de gas a partir de fuel.

• Gas de generador de gasogen o gas d'aire: S'obté fent passar aire a través d'una capa gruixuda de grànuls de carbó o de coc incandescent. A major temperatura, major proporció de monòxid de carboni i menor proporció de diòxid de carboni. Té escàs poder calorífic, molt menor que el gas d'aigua, degut principalment a la dilució amb el nitrogen atmosfèric.

$C\,+\,O_{2}\longrightarrow CO2a$

$C\,+\,CO2a\longrightarrow 2\,CO$

• Gas d'aigua: S'obté fent passar vapor d'aigua sobre coc a alta temperatura. La seva flama és de color blau pel que també es diu gas blau. Aquest gas es pot transformar en metanol o alcà s, emprant catalitzadors heterogenis apropiats. Aquesta reacció és fortament endotèrmica pel que requereix temperatures molt altes.

$C\,+\,H_{2}O\longrightarrow CO\,+\,h_{2}$

• Gas pobre: S'obté fent passar alternativament vapor d'aigua i aire sobre carbó incandescent (alternança de dolls de vapor i aire), i és una barreja dels dos mètodes anteriors. Quan el llit de coc s'ha refredat a una temperatura a la qual la reacció endotèrmica ja no pot continuar, el vapor d'aigua és reemplaçat per un raig d'aire. La formació inicial de diòxid de carboni (exotèrmica) augmenta la temperatura del llit de coc i va seguida per la reacció endotèrmica en la qual aquest (CO ₂ ) es converteix en monòxid de carboni (CO). La reacció global és exotèrmica, originant "gas pobre". L'oxigen pur pot substituir a l'aire per evitar l'efecte de dilució, i en aquest cas el poder calorífic és més alt.

• Gas d'aigua carburat: S'obté barrejant gas d'aigua amb petroli gasificat en un carburador. Té un poder calorífic més alt que els anteriors.

• Gas ciutat: S'obté a partir de l'oxidació de petroli o algun derivat (Fueloil, nafta) mitjançant vapor d'aigua i aire. S'ha d'eliminar el sofre per evitar la corrosió, i també el monòxid de carboni per la seva toxicitat. Ha estat reemplaçat pel gas natural i els gasos liquats del petroli (GLP, com butà o propà) per a tot tipus de fins, ja que aquest té un poder calorífic doble . De vegades es diu gas ciutat a qualsevol gas de síntesi produït per proveir el consum domèstic i distribuït mitjançant xarxes de canonades, ja sigui obtingut a partir de carbó o de petroli.

• Gas ​​natural sintètic : Combustible que es fabrica a partir del carbó, del petroli o dels seus derivats, per mètodes moderns, diferents dels processos clàssics ja comentats:
  • Reformatat de gas natural amb vapor d'aigua.
  • Reformatat d'hidrocarburs líquids per produir hidrogen.
  • Gasificació del carbó, de la biomassa, i d'alguns tipus de residus en instal·lacions de gasificació.
  • Gasificació integral en cicle combinat

Utilització del gas de síntesi

Aplicacions del gas de síntesi.

El nom gas de síntesi prové del seu ús com a intermediari en la creació de gas natural sintètic (GNS) i per a la producció de amoníac o metanol. El gas de síntesi també s'utilitza com a producte intermedi en la producció de petroli sintètic, per al seu ús com a combustible o lubricant a través de la síntesi de Fischer-Tropsch, i prèviament al procés de l'empresa Mobil per convertir metanol en gasolina.

El gas de síntesi està compost principalment d'hidrogen, monòxid de carboni, i molt sovint, una mica de diòxid de carboni. Posseeix menys de la meitat de densitat d'energia que el gas natural. S'ha emprat i encara s'usa com a combustible o com a producte intermedi per a la producció d'altres productes químics.

Quan aquest gas s'utilitza com a producte intermedi per a la síntesi industrial de hidrogen a gran escala (utilitzat principalment en la producció d'amoníac), també es produeix a partir de gas natural (a través de la reacció de reformat amb vapor d'aigua) la manera següent :

$CH_{4}\,+\,H_{2}O\longrightarrow CO\,+\,3\,h_{2}$

Per tal de produir més hidrogen a partir d'aquesta barreja, s'afegeix més vapor i així es produeix el desplaçament de la reacció del gas d'aigua:

$CO\,+\,H_{2}O\longrightarrow CO2a\,+\,h_{2}$

L'hidrogen ha de separar-se del CO ₂ per poder usar-lo. Això es realitza principalment per adsorció per oscil·lació de pressió (PSA), neteja de les amines produïdes i l'ús de reactors de membrana.

El gas de síntesi produït en les grans instal·lacions per a la gasificació de residus pot ser utilitzat per generar electricitat.

Els processos de gasificació de carbó es van utilitzar durant molts anys per a la fabricació de gas d'enllumenat (gas d'hulla) que alimentava l'enllumenat de gas de les ciutats i en certa mesura, la calefacció, abans que la il·luminació elèctrica i la infraestructura per el gas natural estiguessin disponibles.

Tractament posterior del gas de síntesi

El gas de síntesi pot ser utilitzat en el procés Fischer-Tropsch per produir gasoli, o convertir-se en metà i en dimetilèter en processos catalítics.

Si el gas de síntesi és tractat posteriorment mitjançant processos criogènics per a la seva liquació, cal tenir en compte que aquesta tecnologia té grans dificultats en la recuperació del monòxid de carboni pur si estan presents volums relativament grans de nitrogen, pel fet que el monòxid de carboni i el nitrogen posseeixen punts d'ebullició molt similars que són -191,5° C i -195,79° C, respectivament. Algunes tecnologies de processament eliminen selectivament el monòxid de carboni per complexació/descomplexació del monòxid de carboni amb clorur d'alumini cuprós (CuAlCl ₄ ), dissolt en un líquid orgànic com el toluè. El monòxid de carboni purificat pot tenir una puresa superior al 99%, el que el converteix en una bona matèria primera per a la indústria química. El gas residual del sistema pot contenir diòxid de carboni, nitrogen, metà, età i hidrogen. Aquest gas residual pot ser processat en un sistema d'adsorció per oscil·lació de pressió per eliminar l'hidrogen, i aquest hidrogen pot ser recombinat en la proporció adequada juntament amb monòxid de carboni per a la producció catalítica de metanol, dièsel pel procés de Fischer-Tropsch, etc. La purificació criogènica (condensació fraccionada), que requereix molta energia, no és molt adequada per a la fabricació de combustible, simplement perquè el guany d'energia neta és molt reduïda.

Vegeu també

• Gas de gasogen
• Gas de fusta
• Índex de Wobbe
• Flashover
• Equilibri de Boudouard
• Gasificació integrada en cicle combinat

Enllaços externs

• de Fischer Tropsch (en anglès)