Сингаз
Сингаз , или синтез-газ , представляет собой смесь водорода и окиси углерода , [1] в различных соотношениях. Газ часто содержит некоторое количество углекислого газа и метана . В основном он используется для производства аммиака или метанола . Сингаз горюч и может использоваться в качестве топлива. [2] [3] [4] Исторически он использовался в качестве замены бензина , когда запасы бензина были ограничены; например, древесный газ использовался для питания автомобилей в Европе во время Второй мировой войны (только в Германии было построено или переоборудовано полмиллиона автомобилей для работы на древесном газе). [5]
Производство
[ редактировать ]Сингаз получают путем парового риформинга или частичного окисления природного газа или жидких углеводородов или угля газификации . [6]
С + Н 2 О → СО + Н 2 [1]
СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2 [1]
С + СО 2 → 2СО [1]
Паровая конверсия метана представляет собой эндотермическую реакцию, требующую 206 кДж/моль метана:
- СН 4 + Н 2 О → СО + 3 Н 2
В принципе, но на практике редко, биомасса и связанное с ней углеводородное сырье могут использоваться для производства биогаза и биоугля на установках газификации отходов в энергию . [7] Образующийся газ (в основном метан и углекислый газ) иногда называют синтез-газом, но его состав отличается от синтез-газа. возможности получения обычного синтез-газа (в основном H 2 и CO) из отходов биомассы. Были изучены [8] [9]
Состав, пути образования и термохимия.
[ редактировать ]Химический состав синтез-газа варьируется в зависимости от сырья и процессов. Сингаз, получаемый путем газификации угля, обычно представляет собой смесь от 30 до 60% монооксида углерода, от 25 до 30% водорода, от 5 до 15% диоксида углерода и от 0 до 5% метана. Он также содержит меньшее количество других газов. [10] синтез-газа вдвое ниже, чем Энергетическая плотность у природного газа . [11]
Первая реакция между раскаленным коксом и паром является сильно эндотермической, в результате чего образуется окись углерода (CO) и водород H.
2 ( водяной газ в старой терминологии). Когда коксовый слой охлаждается до температуры, при которой эндотермическая реакция больше не может протекать, пар заменяется потоком воздуха.
Затем протекают вторая и третья реакции, приводящие к экзотермической реакции — первоначально с образованием углекислого газа и повышением температуры коксового слоя — с последующей второй эндотермической реакцией, в которой последний превращается в окись углерода. Общая реакция является экзотермической, с образованием «производственного газа» (старая терминология). Затем можно повторно впрыскивать пар, затем воздух и т. д., создавая бесконечную серию циклов, пока кокс окончательно не израсходуется. Генераторный газ имеет гораздо более низкую энергетическую ценность по сравнению с водяным газом, главным образом, из-за разбавления атмосферным азотом. Воздух можно заменить чистым кислородом, чтобы избежать эффекта разбавления, в результате чего образуется газ с гораздо более высокой теплотворной способностью .
Чтобы получить больше водорода из этой смеси, добавляют больше пара и конверсии водяного газа проводят реакцию :
- СО + Н 2 О → СО 2 + Н 2
Водород можно отделить от CO 2 с помощью адсорбции при переменном давлении (PSA), промывки амином и мембранных реакторов . Были исследованы различные альтернативные технологии, но ни одна из них не имеет коммерческой ценности. [12] Некоторые варианты сосредоточены на новых стехиометриях, таких как углекислый газ плюс метан. [13] [14] или частичное гидрирование диоксида углерода. Другие исследования сосредоточены на новых источниках энергии для управления такими процессами, как электролиз, солнечная энергия, микроволны и электрические дуги. [15] [16] [17] [18] [19] [20]
Электричество, вырабатываемое из возобновляемых источников , также используется для переработки углекислого газа и воды в синтез-газ посредством высокотемпературного электролиза . Это попытка сохранить углеродную нейтральность в процессе генерации. Audi в партнерстве с компанией Sunfire в ноябре 2014 года открыла пилотный завод по производству электронного дизельного топлива с использованием этого процесса. [21]
Сингаз, который не метанизирован, обычно имеет более низкую теплотворную способность — 120 БТЕ/ ст. куб. футов . [22] Неочищенный синтез-газ можно использовать в гибридных турбинах, которые обеспечивают большую эффективность из-за более низких рабочих температур и увеличенного срока службы деталей. [22]
Использование
[ редактировать ]Сингаз используется как источник водорода, а также в качестве топлива. [12] Он также используется для прямого восстановления железной руды до губчатого железа . [23] Химическое использование включает производство метанола , который является предшественником уксусной кислоты и многих ацетатов; жидкое топливо и смазочные материалы по процессу Фишера-Тропша , а ранее по процессу Mobil из метанола в бензин ; аммиак посредством процесса Габера , который превращает атмосферный азот (N 2 ) в аммиак, который используется в качестве удобрения ; и оксоспирты через промежуточный альдегид.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Спейт, Джеймс Г. (2002). Справочник по химическому и технологическому проектированию . Справочники McGraw-Hill. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. п. 566. ИСБН 978-0-07-137433-0 .
- ^ «Когенерация синтез-газа / комбинированное производство тепла и электроэнергии» . Кларк Энерджи . Архивировано из оригинала 27 августа 2012 года . Проверено 22 февраля 2016 г.
- ^ Мик, Джейсон (3 марта 2010 г.). «Почему позволить этому идти в отходы? Enerkem делает скачок вперед с планами по преобразованию мусора в газ» . ДейлиТех . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 22 февраля 2016 г.
- ^ Боеман, Андре Л.; Ле Корр, Оливье (15 мая 2008 г.). «Сжигание синтез-газа в двигателях внутреннего сгорания». Наука и технология горения . 180 (6): 1193–1206. дои : 10.1080/00102200801963417 . S2CID 94791479 .
- ^ «Дровяной газ: дрова в топливном баке» . ЖУРНАЛ LOW-TECH . Архивировано из оригинала 21 января 2010 г. Проверено 13 июня 2019 г.
- ^ Бейчок, Милтон Р. (1974). «Газификация угля и феносольванный процесс» (PDF) . Являюсь. хим. соц., отд. Топливная химия, подготовка; (США) . 19 (5). ОСТИ 7362109 . S2CID 93526789 . Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года.
- ^ «Станция по очистке сточных вод чувствует успех в испытаниях синтетического газа - ARENAWIRE» . Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии . 11 сентября 2019 г. Архивировано из оригинала 07 марта 2021 г. Проверено 25 января 2021 г.
- ^ Чжан, Лу; и др. (2018). «Чистое производство синтез-газа из твердых бытовых отходов с помощью технологии каталитической газификации и риформинга». Катализ сегодня . 318 : 39–45. дои : 10.1016/j.cattod.2018.02.050 . ISSN 0920-5861 . S2CID 102872424 .
- ^ Сасидхар, Наллапанени (ноябрь 2023 г.). «Углеродно-нейтральное топливо и химикаты от автономных заводов по переработке биомассы» (PDF) . Индийский журнал экологической инженерии . 3 (2): 1–8. дои : 10.54105/ijee.B1845.113223 . ISSN 2582-9289 . S2CID 265385618 . Проверено 29 декабря 2023 г.
- ^ «Композиция синтез-газа» . Национальная лаборатория энергетических технологий Министерства энергетики США. Архивировано из оригинала 27 марта 2020 года . Проверено 7 мая 2015 г.
- ^ Бейчок, М.Р. (1975). Технологические и экологические технологии производства СНГ и жидкого топлива . Агентство по охране окружающей среды. OCLC 4435004117 . ОСТИ 5364207 . [ нужна страница ]
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ "dieBrennstoffzelle.de - Процесс Квэрнера" . www.diebrennstoffzelle.de . Архивировано из оригинала 07.12.2019 . Проверено 17 декабря 2019 г.
- ^ Патент ЕС 3160899B1 , Кюль, Олаф, «Способ и устройство для получения синтез-газа с высоким содержанием h2», выдан 12 декабря 2018 г.
- ^ «Солнечный свет бензину» (PDF) . Сандианские национальные лаборатории. Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2013 года . Проверено 11 апреля 2013 г.
- ^ «Интегрированная система солнечных термохимических реакций» . Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 19 августа 2013 года . Проверено 11 апреля 2013 г.
- ^ Мэтью Л. Уолд (10 апреля 2013 г.). «Новый солнечный процесс позволяет получить больше от природного газа» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 30 ноября 2020 года . Проверено 11 апреля 2013 г.
- ^ Фрэнсис Уайт. «Солнечная ракета-носитель для газовых электростанций» . Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 года . Проверено 12 апреля 2013 г.
- ^ Фойт, Северин Р.; Винке, Исаак К.; де Хаарт, Ламбертус Г.Дж.; Эйхель, Рюдигер-А. (8 мая 2017 г.). «Энергия в синтез-газ: технология перехода энергетической системы?». Angewandte Chemie, международное издание . 56 (20): 5402–5411. дои : 10.1002/anie.201607552 . ПМИД 27714905 .
- ^ Патент США 5159900A , Дамманн, Уилбур А., «Способ и средство получения газа из воды для использования в качестве топлива», выдан 3 ноября 1992 г.
- ^ «Audi в новом проекте электронного топлива: синтетическое дизельное топливо из воды, CO2, улавливаемый воздухом, и зеленое электричество; «Blue Crude» » . Конгресс зеленых автомобилей . 14 ноября 2014 г. Архивировано из оригинала 27 марта 2020 г. . Проверено 29 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Олуеде, Эммануэль О.; Филлипс, Джеффри Н. (май 2007 г.). «Фундаментальное влияние сжигания синтез-газа в газовых турбинах». Том 3: Турбо Экспо 2007 . Материалы выставки ASME Turbo Expo 2007: Энергия для суши, моря и воздуха. Том 3: Turbo Expo 2007. Монреаль, Канада: ASME. стр. 175–182. CiteSeerX 10.1.1.205.6065 . дои : 10.1115/GT2007-27385 . ISBN 978-0-7918-4792-3 .
- ^ Чаттерджи, Амит (2012). Производство губчатого железа прямым восстановлением оксида железа . Обучение PHI. ISBN 978-81-203-4659-8 . OCLC 1075942093 . [ нужна страница ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Станция по очистке сточных вод чувствует успех в испытаниях синтетического газа» ARENA, по состоянию на 6 декабря 2020 г.
- Архив Фишера Тропша
- https://www.technologyreview.com/s/508051/a-cheap-trick-enables-energy-efficient-carbon-capture/
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
