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gas de síntesis

El gas de síntesis , o gas de síntesis , es una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono , en diversas proporciones. El gas suele contener algo de dióxido de carbono y metano . Se utiliza principalmente para producir amoníaco o metanol . El gas de síntesis es combustible y puede utilizarse como combustible. [1] [2] [3] Históricamente, se ha utilizado como sustituto de la gasolina , cuando el suministro de gasolina ha sido limitado; por ejemplo, el gas de madera se utilizó para impulsar automóviles en Europa durante la Segunda Guerra Mundial (sólo en Alemania se construyeron o reconstruyeron medio millón de automóviles para funcionar con gas de madera). [4]

Producción

El gas de síntesis se produce mediante reformado con vapor u oxidación parcial de gas natural o hidrocarburos líquidos, o gasificación del carbón . [5] El reformado con vapor de metano es una reacción endotérmica que requiere 206 kJ/mol de metano:

CH4 + H2O → CO + 3H2

En principio, pero rara vez en la práctica, la biomasa y las materias primas de hidrocarburos relacionadas podrían usarse para generar biogás y biocarbón en instalaciones de gasificación de residuos para convertirlos en energía . [6] El gas generado (principalmente metano y dióxido de carbono) a veces se describe como gas de síntesis , pero su composición difiere del gas de síntesis. Se ha explorado la generación de gas de síntesis convencional (principalmente H2 y CO) a partir de biomasa residual. [7] [8]

Composición, vía de formación y termoquímica.

La composición química del gas de síntesis varía según las materias primas y los procesos. El gas de síntesis producido por gasificación de carbón generalmente es una mezcla de 30 a 60% de monóxido de carbono, 25 a 30% de hidrógeno, 5 a 15% de dióxido de carbono y 0 a 5% de metano. También contiene menor cantidad de otros gases. [9] El gas de síntesis tiene menos de la mitad de la densidad energética del gas natural . [10]

La primera reacción, entre el coque incandescente y el vapor, es fuertemente endotérmica y produce monóxido de carbono (CO) e hidrógeno H.
2( gas de agua en terminología antigua). Cuando el lecho de coque se ha enfriado a una temperatura a la que ya no puede desarrollarse la reacción endotérmica, el vapor se sustituye por una ráfaga de aire.

Luego tienen lugar la segunda y tercera reacciones, que producen una reacción exotérmica , formando inicialmente dióxido de carbono y elevando la temperatura del lecho de coque, seguida de la segunda reacción endotérmica, en la que este último se convierte en monóxido de carbono. La reacción general es exotérmica y se forma "gas productor" (terminología antigua). Luego se puede reinyectar vapor, luego aire, etc., para dar una serie interminable de ciclos hasta que finalmente se consuma el coque. El gas productor tiene un valor energético mucho menor en relación con el gas agua, debido principalmente a la dilución con nitrógeno atmosférico. Se puede sustituir el aire por oxígeno puro para evitar el efecto de dilución, produciendo un gas de valor calorífico mucho mayor .

Para producir más hidrógeno a partir de esta mezcla, se agrega más vapor y se lleva a cabo la reacción de desplazamiento de gas agua :

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

El hidrógeno se puede separar del CO 2 mediante adsorción por cambio de presión (PSA), lavado con aminas y reactores de membrana . Se han investigado una variedad de tecnologías alternativas, pero ninguna tiene valor comercial. [11] Algunas variaciones se centran en nuevas estequiometrías como el dióxido de carbono más metano [12] [13] o la hidrogenación parcial del dióxido de carbono. Otras investigaciones se centran en nuevas fuentes de energía para impulsar procesos como la electrólisis, la energía solar, las microondas y los arcos eléctricos. [14] [15] [16] [17] [18] [19]

La electricidad generada a partir de fuentes renovables también se utiliza para procesar dióxido de carbono y agua en gas de síntesis mediante electrólisis a alta temperatura . Este es un intento de mantener la neutralidad de carbono en el proceso de generación. Audi , en asociación con la empresa Sunfire, abrió una planta piloto en noviembre de 2014 para generar e-diesel mediante este proceso. [20]

El gas de síntesis que no está metanizado generalmente tiene un poder calorífico más bajo de 120 BTU/ scf . [21] El gas de síntesis sin tratar se puede utilizar en turbinas híbridas que permiten una mayor eficiencia debido a sus temperaturas de funcionamiento más bajas y su vida útil prolongada. [21]

Usos

El gas de síntesis se utiliza como fuente de hidrógeno y como combustible. [11] También se utiliza para reducir directamente el mineral de hierro a esponja de hierro . [22] Los usos químicos incluyen la producción de metanol , que es un precursor del ácido acético y muchos acetatos; combustibles líquidos y lubricantes a través del proceso Fischer-Tropsch y anteriormente el proceso Mobil de metanol a gasolina ; amoníaco mediante el proceso Haber , que convierte el nitrógeno atmosférico (N 2 ) en amoníaco que se utiliza como fertilizante ; y oxoalcoholes a través de un aldehído intermedio.

Ver también

Referencias

  1. ^ "Cogeneración de gas de síntesis / calor y energía combinados". Energía Clarke . Archivado desde el original el 27 de agosto de 2012 . Consultado el 22 de febrero de 2016 .
  2. ^ Mick, Jason (3 de marzo de 2010). "¿Por qué dejar que se desperdicie? Enerkem da un paso adelante con planes de conversión de basura en gas". Tecnología diaria . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 22 de febrero de 2016 .
  3. ^ Boehman, André L.; Le Corre, Olivier (15 de mayo de 2008). "Combustión de gas de síntesis en motores de combustión interna". Ciencia y Tecnología de la Combustión . 180 (6): 1193-1206. doi : 10.1080/00102200801963417. S2CID  94791479.
  4. ^ "Vehículos de madera a gas: leña en el depósito de combustible". REVISTA DE BAJA TECNOLOGÍA . Archivado desde el original el 21 de enero de 2010 . Consultado el 13 de junio de 2019 .
  5. ^ Beychok, Milton R. (1974). "Gasificación del carbón y proceso fenosolvano" (PDF) . Soy. Química. Soc., Div. Química del Combustible, Prepr.; (Estados Unidos) . 19 (5). OSTI  7362109. S2CID  93526789. Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2016.
  6. ^ "Planta de tratamiento de aguas residuales huele a éxito en prueba de gas sintético - ARENAWIRE". Agencia Australiana de Energías Renovables . 11 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 7 de marzo de 2021 . Consultado el 25 de enero de 2021 .
  7. ^ Zhang, Lu; et al. (2018). "Producción de gas de síntesis limpio a partir de residuos sólidos urbanos mediante gasificación catalítica y tecnología de reformado". Catálisis hoy . 318 : 39–45. doi :10.1016/j.cattod.2018.02.050. ISSN  0920-5861. S2CID  102872424.
  8. ^ Sasidhar, Nallapaneni (noviembre de 2023). "Combustibles y productos químicos neutros en carbono de refinerías de biomasa independientes" (PDF) . Revista india de ingeniería ambiental . 3 (2): 1–8. doi :10.54105/ijee.B1845.113223. ISSN  2582-9289. S2CID  265385618 . Consultado el 29 de diciembre de 2023 .
  9. ^ "Composición de gas de síntesis". Laboratorio Nacional de Tecnología Energética, Departamento de Energía de EE. UU. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2020 . Consultado el 7 de mayo de 2015 .
  10. ^ Beychok, señor (1975). Tecnología de procesos y ambiental para la producción de GNS y combustibles líquidos . Agencia de Protección Ambiental. OCLC  4435004117. OSTI  5364207.[ página necesaria ]
  11. ^ ab Hiller, Heinz; Reimert, Rainer; Stönner, Hans-Martin (2011). "Producción de Gas, 1. Introducción". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . doi :10.1002/14356007.a12_169.pub3. ISBN 978-3527306732.
  12. ^ "dieBrennstoffzelle.de - Kvaerner-Verfahren". www.diebrennstoffzelle.de . Archivado desde el original el 7 de diciembre de 2019 . Consultado el 17 de diciembre de 2019 .
  13. ^ Patente UE 3160899B1, Kühl, Olaf, "Método y aparato para producir gas de síntesis rico en h2", expedida el 12 de diciembre de 2018 
  14. ^ "Del sol a la gasolina" (PDF) . Laboratorios Nacionales Sandia. Archivado desde el original (PDF) el 19 de febrero de 2013 . Consultado el 11 de abril de 2013 .
  15. ^ "Sistema Integrado de Reacción Termoquímica Solar". Departamento de Energía de EE. UU. Archivado desde el original el 19 de agosto de 2013 . Consultado el 11 de abril de 2013 .
  16. ^ Matthew L. Wald (10 de abril de 2013). "El nuevo proceso solar aprovecha más el gas natural". Los New York Times . Archivado desde el original el 30 de noviembre de 2020 . Consultado el 11 de abril de 2013 .
  17. ^ Frances White. "Un refuerzo solar para centrales eléctricas de gas natural". Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. Archivado desde el original el 14 de abril de 2013 . Consultado el 12 de abril de 2013 .
  18. ^ Foit, Severin R.; Vinke, Izaak C.; de Haart, Lambertus GJ; Eichel, Rüdiger-A. (8 de mayo de 2017). "Power-to-Syngas: ¿una tecnología propicia para la transición del sistema energético?". Edición internacional Angewandte Chemie . 56 (20): 5402–5411. doi :10.1002/anie.201607552. PMID  27714905.
  19. ^ Patente estadounidense 5159900A, Dammann, Wilbur A., ​​"Método y medio para generar gas a partir de agua para su uso como combustible", expedida el 3 de noviembre de 1992. 
  20. ^ "Audi en un nuevo proyecto de combustibles electrónicos: diésel sintético a partir de agua, CO2 capturado en el aire y electricidad verde;" Blue Crude"". Congreso del Coche Verde . 14 de noviembre de 2014. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2020 . Consultado el 29 de abril de 2015 .
  21. ^ ab Oluyede, Emmanuel O.; Phillips, Jeffrey N. (mayo de 2007). "Impacto fundamental de la combustión de gas de síntesis en turbinas de gas". Volumen 3: Turbo Expo 2007 . Actas de la ASME Turbo Expo 2007: Energía para tierra, mar y aire. Volumen 3: Turbo Expo 2007. Montreal, Canadá: ASME. págs. 175–182. CiteSeerX 10.1.1.205.6065 . doi :10.1115/GT2007-27385. ISBN  978-0-7918-4792-3.
  22. ^ Chatterjee, Amit (2012). Producción de hierro esponja por reducción directa de óxido de hierro . Aprendizaje de PHI. ISBN 978-81-203-4659-8. OCLC  1075942093.[ página necesaria ]

enlaces externos