stringtranslate.com

Сингаз

Сингаз , или синтез-газ , представляет собой смесь водорода и монооксида углерода 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. [1] [2] [3] 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). [4]

Производство

Сингаз получают путем парового риформинга или частичного окисления природного газа или жидких углеводородов или газификации угля . [5] 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 . [6] Образующийся газ (в основном метан и углекислый газ) иногда называют синтез-газом , но его состав отличается от синтез-газа. Были изучены возможности получения обычного синтез-газа (в основном H 2 и CO) из биомассы отходов. [7] [8]

Состав, пути образования и термохимия.

Химический состав синтез-газа варьируется в зависимости от сырья и процессов. Сингаз, получаемый при 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. [9] Энергетическая плотность синтез-газа вдвое ниже, чем у природного газа . [10]

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 проводят реакцию конверсии водяного газа :

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. [11] Некоторые варианты сосредоточены на новых стехиометриях, таких как диоксид углерода плюс метан [12] [13] или частичное гидрирование диоксида углерода. Другие исследования сосредоточены на новых источниках энергии для управления такими процессами, как электролиз, солнечная энергия, микроволны и электрические дуги. [14] [15] [16] [17] [18] [19]

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. [20]

Сингаз, который не метанизирован, обычно имеет более низкую теплотворную способность — 120 БТЕ/ ст. куб. футов . [21] Неочищенный синтез-газ можно использовать в гибридных турбинах, которые обеспечивают большую эффективность из-за более низких рабочих температур и увеличенного срока службы деталей. [21]

Использование

Сингаз используется как источник водорода, а также в качестве топлива. [11] Он также используется для прямого восстановления железной руды до губчатого железа . [22] 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Когенерация синтез-газа / комбинированное производство тепла и электроэнергии» . Кларк Энерджи . Архивировано из оригинала 27 августа 2012 года . Проверено 22 февраля 2016 г.
  2. ↑ Мик, Джейсон (3 марта 2010 г.). «Почему позволять этому идти в отходы? Enerkem делает шаг вперед с планами по преобразованию мусора в газ». ДейлиТех . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 22 февраля 2016 г.
  3. ^ 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.
  4. ^ «Транспортные средства, работающие на газе: дрова в топливном баке» . ЖУРНАЛ LOW-TECH . Архивировано из оригинала 21 января 2010 г. Проверено 13 июня 2019 г.
  5. ^ Бейчок, Милтон Р. (1974). «Газификация угля и феносольванный процесс» (PDF) . Являюсь. хим. соц., отд. Топливная химия, подготовка; (Соединенные Штаты) . 19 (5). OSTI  7362109. S2CID  93526789. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года.
  6. ^ «Завод 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.
  7. ^ Чжан, Лу; и другие. (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.
  8. ^ 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.
  9. ^ "Композиция синтез-газа" . Национальная лаборатория энергетических технологий Министерства энергетики США. Архивировано из оригинала 27 марта 2020 года . Проверено 7 мая 2015 г.
  10. ^ Бейчок, MR (1975). Технологические и экологические технологии производства СНГ и жидкого топлива . Агенство по Защите Окружающей Среды. ОСЛК  4435004117. ОСТИ  5364207.[ нужна страница ]
  11. ^ Аб 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.
  12. ^ "dieBrennstoffzelle.de - Квэрнер-Верфарен" . www.diebrennstoffzelle.de . Архивировано из оригинала 07.12.2019 . Проверено 17 декабря 2019 г.
  13. ^ Патент ЕС 3160899B1, Кюль, Олаф, «Способ и устройство для получения синтез-газа с высоким содержанием h2», выдан 12 декабря 2018 г. 
  14. ^ «Солнце к бензину» (PDF) . Сандианские национальные лаборатории. Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2013 года . Проверено 11 апреля 2013 г.
  15. ^ «Интегрированная система солнечных термохимических реакций». Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 19 августа 2013 года . Проверено 11 апреля 2013 г.
  16. ↑ 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.
  17. ^ 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.
  18. ^ 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.
  19. ^ Патент США 5159900A, Дамманн, Уилбур А., «Способ и средство получения газа из воды для использования в качестве топлива», выдан 3 ноября 1992 г. 
  20. ^ «Audi в новом проекте электронного топлива: синтетическое дизельное топливо из воды, CO2, улавливаемый воздухом, и экологически чистое электричество; «Blue Crude»» . Конгресс зеленых автомобилей . 14 ноября 2014 г. Архивировано из оригинала 27 марта 2020 г. . Проверено 29 апреля 2015 г.
  21. ^ аб 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.
  22. ^ Чаттерджи, Амит (2012). Производство губчатого железа прямым восстановлением оксида железа . Обучение PHI. ISBN 978-81-203-4659-8. ОСЛК  1075942093.[ нужна страница ]

Внешние ссылки