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Gas de síntesis

El gas de síntesis , o syngas , es una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono , [1] en diversas proporciones. El gas a menudo contiene algo de dióxido de carbono y metano . Se utiliza principalmente para producir amoníaco o metanol . El syngas es combustible y puede utilizarse como combustible. [2] [3] [4] 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 (solo en Alemania se construyeron o reconstruyeron medio millón de automóviles para funcionar con gas de madera). [5]

Producción

El gas de síntesis se produce mediante reformado con vapor u oxidación parcial de gas natural o hidrocarburos líquidos, o mediante gasificación de carbón . [6]

C + H 2 O → CO + H 2 [1]

CO2 + H2O → CO2 + H2 [ 1]

C+CO2 → 2CO [1]

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 utilizarse para generar biogás y biocarbón en instalaciones de gasificación de residuos a energía . [7] El gas generado (principalmente metano y dióxido de carbono) a veces se describe como gas de síntesis , pero su composición difiere de la del gas de síntesis. Se ha explorado la generación de gas de síntesis convencional (principalmente H 2 y CO) a partir de biomasa residual. [8] [9]

Composición, vía de formación y termoquímica.

La composición química del gas de síntesis varía en función de las materias primas y los procesos. El gas de síntesis producido por la gasificación del carbón generalmente es una mezcla de entre un 30 y un 60 % de monóxido de carbono, entre un 25 y un 30 % de hidrógeno, entre un 5 y un 15 % de dióxido de carbono y entre un 0 y un 5 % de metano. También contiene una cantidad menor de otros gases. [10] El gas de síntesis tiene menos de la mitad de la densidad energética del gas natural . [11]

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 la terminología antigua). Cuando el lecho de coque se ha enfriado a una temperatura en la que la reacción endotérmica ya no puede continuar, el vapor se reemplaza por una ráfaga de aire.

La segunda y tercera reacciones tienen lugar, produciendo una reacción exotérmica (que forma inicialmente dióxido de carbono y eleva 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 global es exotérmica y forma "gas pobre" (terminología antigua). A continuación se puede reinyectar vapor, luego aire, etc., para dar una serie interminable de ciclos hasta que finalmente se consume el coque. El gas pobre tiene un valor energético mucho menor, en relación con el gas de agua, debido principalmente a la dilución con nitrógeno atmosférico. El oxígeno puro se puede sustituir por aire para evitar el efecto de dilución, produciendo un gas de valor calorífico mucho mayor .

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

CO2 + H2O → CO2 + H2

El hidrógeno se puede separar del CO2 mediante adsorción por oscilación de presión (PSA), depuración con aminas y reactores de membrana . Se han investigado diversas tecnologías alternativas, pero ninguna tiene valor comercial. [12] Algunas variaciones se centran en nuevas estequiometrías como dióxido de carbono más metano [13] [14] o hidrogenación parcial de dióxido de carbono. Otras investigaciones se centran en nuevas fuentes de energía para impulsar los procesos, incluidas la electrólisis, la energía solar, las microondas y los arcos eléctricos. [15] [16] [17] [18] [19] [20]

La electricidad generada a partir de fuentes renovables también se utiliza para procesar dióxido de carbono y agua en gas de síntesis mediante electrólisis de 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-diésel utilizando este proceso. [21]

El gas de síntesis que no se metaniza normalmente tiene un valor calorífico inferior, de 120 BTU/ scf . [22] 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 a la mayor vida útil de las piezas. [22]

Usos

El gas de síntesis se utiliza como fuente de hidrógeno y como combustible. [12] También se utiliza para reducir directamente el mineral de hierro a hierro esponjoso . [23] 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 a través del proceso Haber , que convierte el nitrógeno atmosférico (N 2 ) en amoníaco que se utiliza como fertilizante ; y oxoalcoholes a través de un aldehído intermedio.

Véase también

Referencias

  1. ^ abcd Speight, James G. (2002). Manual de diseño químico y de procesos . Manuales de McGraw-Hill. Nueva York, NY: McGraw-Hill. p. 566. ISBN 978-0-07-137433-0.
  2. ^ "Cogeneración de gas de síntesis/Combinación de calor y electricidad". Clarke Energy . Archivado desde el original el 27 de agosto de 2012. Consultado el 22 de febrero de 2016 .
  3. ^ Mick, Jason (3 de marzo de 2010). "¿Por qué dejar que se desperdicie? Enerkem avanza con sus planes de convertir basura en gas". DailyTech . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016. Consultado el 22 de febrero de 2016 .
  4. ^ 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.
  5. ^ "Vehículos a gas de madera: leña en el tanque de combustible". REVISTA LOW-TECH . Archivado desde el original el 2010-01-21 . Consultado el 2019-06-13 .
  6. ^ Beychok, Milton R. (1974). "Gasificación de carbón y el proceso Phenosolvan" (PDF) . Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem., Prepr.; (Estados Unidos) . 19 (5). OSTI  7362109. S2CID  93526789. Archivado desde el original (PDF) el 3 de marzo de 2016.
  7. ^ "Planta de tratamiento de aguas residuales huele a éxito en ensayo 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 .
  8. ^ Zhang, Lu; et al. (2018). "Producción de gas de síntesis limpio a partir de residuos sólidos urbanos mediante tecnología de reforma y gasificación catalítica". Catálisis hoy . 318 : 39–45. doi :10.1016/j.cattod.2018.02.050. ISSN  0920-5861. S2CID  102872424.
  9. ^ Sasidhar, Nallapaneni (noviembre de 2023). "Combustibles y productos químicos neutros en carbono de refinerías de biomasa independientes" (PDF) . Indian Journal of Environment Engineering . 3 (2): 1–8. doi :10.54105/ijee.B1845.113223. ISSN  2582-9289. S2CID  265385618 . Consultado el 29 de diciembre de 2023 .
  10. ^ "Composición del 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 .
  11. ^ Beychok, MR (1975). Tecnología de procesos y medio ambiente para producir gas natural comprimido y combustibles líquidos . Agencia de Protección Ambiental. OCLC  4435004117. OSTI  5364207.[ página necesaria ]
  12. ^ ab Hiller, Heinz; Reimert, Rainer; Stönner, Hans-Martin (2011). "Producción de gas, 1. Introducción". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . doi :10.1002/14356007.a12_169.pub3. ISBN 978-3527306732.
  13. ^ "dieBrennstoffzelle.de - Kvaerner-Verfahren". www.diebrennstoffzelle.de . Archivado desde el original el 2019-12-07 . Consultado el 2019-12-17 .
  14. ^ Patente de la UE 3160899B1, Kühl, Olaf, "Método y aparato para producir gas de síntesis rico en H2", expedida el 12 de diciembre de 2018 
  15. ^ "De la luz del sol a la gasolina" (PDF) . Sandia National Laboratories. Archivado desde el original (PDF) el 19 de febrero de 2013 . Consultado el 11 de abril de 2013 .
  16. ^ "Sistema integrado de reacción termoquímica solar". Departamento de Energía de Estados Unidos. Archivado desde el original el 19 de agosto de 2013. Consultado el 11 de abril de 2013 .
  17. ^ Matthew L. Wald (10 de abril de 2013). «New Solar Process Gets More Out of Natural Gas» (Nuevo proceso solar aprovecha más el gas natural). The New York Times . Archivado desde el original el 30 de noviembre de 2020. Consultado el 11 de abril de 2013 .
  18. ^ Frances White. "Una inyección de energía solar para las plantas de energía a gas natural". Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste. Archivado desde el original el 14 de abril de 2013. Consultado el 12 de abril de 2013 .
  19. ^ Foit, Severin R.; Vinke, Izaak C.; de Haart, Lambertus GJ; Eichel, Rüdiger-A. (8 de mayo de 2017). "Power-to-Syngas: ¿Una tecnología facilitadora para la transición del sistema energético?". Angewandte Chemie International Edition . 56 (20): 5402–5411. doi :10.1002/anie.201607552. PMID  27714905.
  20. ^ Patente estadounidense 5159900A, Dammann, Wilbur A., ​​"Método y medios para generar gas a partir de agua para su uso como combustible", expedida el 3 de noviembre de 1992 
  21. ^ "Audi en el nuevo proyecto de e-fuels: diésel sintético a partir de agua, CO2 capturado en el aire y electricidad verde; "Blue Crude"". Green Car Congress . 14 de noviembre de 2014. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2020 . Consultado el 29 de abril de 2015 .
  22. ^ 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.
  23. ^ Chatterjee, Amit (2012). Producción de hierro esponjado mediante reducción directa de óxido de hierro . PHI Learning. ISBN 978-81-203-4659-8.OCLC 1075942093  .[ página necesaria ]

Enlaces externos