Водяной газ

Водяной газ – это разновидность топливного газа , смесь окиси углерода и водорода . Его производят путем «попеременного горячего продувания слоя топлива [кокса] воздухом и газификации его паром». ^[1]^[2] Калорийность топлива, полученного этим методом, составляет около 10% от выхода современной установки по производству синтез-газа . Кокс, необходимый для производства водяного газа, также стоит значительно дороже, чем прекурсоры для синтез-газа (в основном метан из природного газа), что делает технологию водяного газа еще менее привлекательным бизнес-предложением.

Производство

Синтез-газ получают путем пропускания пара через раскаленное углеродное топливо, такое как кокс : ^[3]

H ₂ O + C → H ₂ + CO (ΔH = +131 кДж/моль)

Реакция эндотермическая , поэтому для поддержания реакции топливо необходимо постоянно нагревать. Для этого вводится поток воздуха, чередующийся с потоком пара, для сжигания части углерода:

O ₂ + C → CO ₂ (ΔH = -393 кДж/моль)

Теоретически для получения 6 л водяного газа необходимо 5 л воздуха. Альтернативно, чтобы предотвратить загрязнение азотом, можно получить энергию, используя чистый кислород для сжигания углерода в монооксид углерода.

O ₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = -221 кДж/моль)

В этом случае из 1 л кислорода образуется 5,3 л чистого водяного газа.

История

Реакция конверсии вода-газ была открыта итальянским физиком Феличе Фонтана в 1780 году. Водяной газ получали в Англии с 1828 года путем продувки пара через раскаленный добела кокс. ^[4]

Гидрокарбонат (газ)

Гидрокарбонат — это архаичный термин для водяного газа, состоящего из угарного газа и водорода, образующегося при прохождении пара через раскаленный кокс . Гидрокарбонат был классифицирован как искусственный воздух , и его терапевтические свойства исследовались некоторыми врачами восемнадцатого века, в том числе Томасом Беддосом и Джеймсом Уоттом . ^[5] Термин «карбонат», введенный Беддосом в 1794 году, не следует путать с современным названием «гидрокарбонат» для бикарбоната иона .

Между 1794 и 1802 годами такие врачи, как Тибериус Кавалло и Дэвис Гилберт, экспериментировали с гидрокарбонатом в качестве анальгетика и анестетика. ^[6] Хамфри Дэви позорно вдохнул три литра гидрокарбоната в Пневматическом институте и чуть не умер, «погружаясь в аннигиляцию»; Дэви выздоровел через два дня и пришел к выводу, что вдыхание большего количества углеводородов могло «немедленно разрушить жизнь, не вызывая никаких болезненных ощущений». ^[7] Он был прав: отравление угарным газом может оказаться смертельным.

К заболеваниям, которые лечили гидрокарбонатом, относились: туберкулез , воспаления , астма , отхаркивание , кровохарканье , пневмония , гидроторакс , спазмы и другие показания. ^[5]^[6] Многие из заболеваний, которые лечат гидрокарбонатами, активным ингредиентом которых является окись углерода, в настоящее время исследуются с использованием современных биомедицинских методов исследования для определения терапевтического потенциала оксида углерода. Например, Джеймс Линд признал, что гидрокарбонаты эффективно лечат воспаление легких; ^[5] Доставка монооксида углерода посредством ингаляционного протокола или молекул, высвобождающих угарный газ, имеет важные доклинические данные, указывающие на эффективное лечение воспаления. ^[8] Новаторская работа по поиску применения гидрокарбонатов в медицинских целях является важным источником разработки современных лекарств.

Джеймс Уатт предположил, что гидрокарбонат может действовать как «противоядие от кислорода в крови» в 1794 году, и предостерег о токсичности передозировки до открытия угарного газа (1800 г.) и гемоглобина (1840 г.). ^[5] Несмотря на наблюдение Уотта, широко признано, что Клод Бернар впервые описал механизм отравления угарным газом, описав сродство угарного газа к гемоглобину, вытесняющему кислород и вызывающему асфиксию, примерно в 1857 году. ^[9]

Газовый процесс Лоу

В 1873 году Таддеус С.К. Лоу разработал и запатентовал процесс получения водяного газа, с помощью которого . можно было получать большое количество газообразного водорода для использования в жилых и коммерческих целях для отопления и освещения Этот газ был более эффективным топливом для отопления, чем обычный угольный газ или коксовый газ, который использовался в коммунальных услугах. В процессе использовалась реакция конверсии вода-газ:

СО + Н ₂ О → СО ₂ + Н ₂

Этот процесс был обнаружен путем пропускания пара под высоким давлением над горячим углем , основным источником коксового газа. Процесс Лоу усовершенствовал системы дымоходов, благодаря которым уголь мог оставаться перегретым, тем самым поддерживая постоянно высокий уровень подачи газа. В результате реакции образовался углекислый газ и водород, который после процесса охлаждения и « очистки » образовал газообразный водород.

Этот процесс стимулировал развитие промышленности по производству газа, и заводы по газификации были быстро построены вдоль восточного побережья Соединенных Штатов. Подобные процессы, такие как процесс Габера-Боша , привели к производству аммиака (NH ₃ ) путем объединения азота , содержащегося в воздухе , с водородом. Это стимулировало развитие холодильной промышленности, которая долгое время использовала аммиак в качестве хладагента . Лоу также имел несколько патентов на машины для производства искусственного льда и смог вести успешный бизнес в области холодильного хранения, а также продуктов, работающих на газообразном водороде.

Вариации

Карбюраторный водяной газ

Водяной газ имеет более низкую теплоту сгорания, чем угольный газ , поэтому теплотворную способность часто повышали, пропуская газ через нагретую реторту , в которую распыляли масло. Полученную газовую смесь назвали карбюраторным водяным газом . Средний состав карбюраторного водяного газа следующий: H ₂ =34-38%; СО=23-28%; насыщенный углеводород=17-21%; ненасыщенный углеводород=13-16%; СО ₂ =0,2-2,2%; Н ₂ =2,5-5,0%. Его используют в качестве источника тепла, поскольку он имеет высокую теплотворную способность.

Полуводяной газ

Полуводяной газ представляет собой смесь водяного газа и генераторного газа, полученную путем пропускания смеси воздуха и пара через нагретый кокс. Тепло, выделяемое при образовании генераторного газа, поддерживает температуру кокса достаточно высокой, чтобы обеспечить образование водяного газа.

Реакция конверсии водяного газа

Чистый водород можно получить из водяного газа с помощью реакции конверсии вода-газ после последующего удаления диоксида углерода, образующегося при реакции оксида углерода с водой.

Использование

Полностью вытесненный синтез-газом, водяной газ может применяться в некоторых топливных элементах. Используется в процессе Фишера-Тропша . Он реагирует с генераторным газом с образованием топливного газа . Его также можно использовать для получения чистого водорода для синтеза аммиака.

См. также

Ссылки

^ Хиллер, Хайнц; Раймерт, Райнер; Стоннер, Ханс-Мартин (2011). «Добыча газа, 1. Введение». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a12_169.pub3 . ISBN 978-3527306732 .
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 38. ISBN 978-0-08-037941-8 .
^ Томпсон, Льюис (1850). Химия газового освещения . Офис «Журнала газового освещения». стр. 91–98.
^ Сингер, Чарльз; и др., ред. (1954–1978). История технологий . Кларендон Пресс.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Беддос, Томас (1794). Соображения о медицинском использовании искусственных эфиров: и о способах получения их в больших количествах. В двух частях. Часть I. Томас Беддос, доктор медицинских наук. Часть II. Джеймс Уотт, эсквайр . Булгин и Россер.
^ Jump up to: ^а ^б Кавалло, Тиберий (1798). Очерк о лечебных свойствах искусственных эфиров: с приложением о природе крови . автор, и продал.
^ Холмс, Ричард (2008). «Эпоха чудес: как поколение романтиков открыло красоту и ужас науки» . Физика сегодня . 62 (8): 46. дои : 10.1063/1.3206097 . ISBN 9780007149537 .
^ Моттерлини, Роберто; Оттербейн, Лео Э. (2010). «Терапевтический потенциал угарного газа» . Nature Reviews Открытие лекарств . 9 (9): 728–743. дои : 10.1038/nrd3228 . ISSN 1474-1784 . ПМИД 20811383 . S2CID 205477130 .
^ Оттербейн, Лео Э. (2002). «Угарный газ: инновационные противовоспалительные свойства древней молекулы газа» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 4 (2): 309–319. дои : 10.1089/152308602753666361 . ISSN 1523-0864 . ПМИД 12006182 .

Меллор, Дж. В., Промежуточная неорганическая химия , Longmans, Green and Co., 1941, стр. 210–211.
Адлам, Г.Х.Дж. и Прайс, Л.С., Сертификат о высшем образовании по неорганической химии , Джон Мюррей, 1944, стр. 309.
Проект электронной книги по истории. Электронная книга ACLS по гуманитарным наукам. Том 5. «Применение минерального масла» с. 119

Библиография

Гийом Делькур , Уведомление о водяном газе, 1894 г.

[Ullmann-1] Хиллер, Хайнц; Раймерт, Райнер; Стоннер, Ханс-Мартин (2011). «Добыча газа, 1. Введение». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a12_169.pub3 . ISBN 978-3527306732 .

[2] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 38. ISBN 978-0-08-037941-8 .

[3] Томпсон, Льюис (1850). Химия газового освещения . Офис «Журнала газового освещения». стр. 91–98.

[4] Сингер, Чарльз; и др., ред. (1954–1978). История технологий . Кларендон Пресс.

[:0-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Беддос, Томас (1794). Соображения о медицинском использовании искусственных эфиров: и о способах получения их в больших количествах. В двух частях. Часть I. Томас Беддос, доктор медицинских наук. Часть II. Джеймс Уотт, эсквайр . Булгин и Россер.

[:1-6] Jump up to: ^а ^б Кавалло, Тиберий (1798). Очерк о лечебных свойствах искусственных эфиров: с приложением о природе крови . автор, и продал.

[7] Холмс, Ричард (2008). «Эпоха чудес: как поколение романтиков открыло красоту и ужас науки» . Физика сегодня . 62 (8): 46. дои : 10.1063/1.3206097 . ISBN 9780007149537 .

[8] Моттерлини, Роберто; Оттербейн, Лео Э. (2010). «Терапевтический потенциал угарного газа» . Nature Reviews Открытие лекарств . 9 (9): 728–743. дои : 10.1038/nrd3228 . ISSN 1474-1784 . ПМИД 20811383 . S2CID 205477130 .

[9] Оттербейн, Лео Э. (2002). «Угарный газ: инновационные противовоспалительные свойства древней молекулы газа» . Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 4 (2): 309–319. дои : 10.1089/152308602753666361 . ISSN 1523-0864 . ПМИД 12006182 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]