Синтез-газ

Синтез газ: способы получения, производство, состав и применение

История человечества знает довольно много примеров, когда в силу необходимости рождались кардинально новые подходы к решению существующих жизненно важных проблем.

Например, в Германии в промежуток между первой и второй мировыми войнами, лишенной доступа к крупным нефтяным источникам, назревал серьезный дефицит топлива, которое было необходимо для функционирования гражданской и военной техники.

Располагая существенными запасами ископаемого угля, Германия начала искать пути его трансформации в жидкое топливо, пригодное для двигателей внутреннего сгорания. Эта проблему удалось решить благодаря усилиям превосходных химиков, из которых отдельного упоминания заслуживает Франц Фишер, директор Института кайзера Вильгельма по исследованию угля.

В 1926 году Ф. Фишер и Г. Тропш опубликовали работу «О прямом синтезе нефтяных углеводородов при нормальном давлении», где сообщалось, что при восстановлении монооксида углерода водородом при нормальном атмосферном давлении в присутствии катализаторов при температуре в 270 градусов по шкале Цельсия можно получить жидкие и твердые гомологи метана.

Так на свет появился знаменитый способ синтеза углеводородов из монооксида углерода, называемый с тех пор методом Фишера-Тропша. Благодаря данному методу смесь водорода и угарного газа в различных соотношениях может легко быть получена как из каменного угля, так и из любого другого сырья, содержащего углерод. Полученную в результате данного процесса смесь газов начали называть синтез-газом.

Состав синтез-газа

Как мы уже упомянули выше, в состав синтез-газа входят такие вещества как CO и H2. В зависимости от метода получения синтез-газа соотношение CO:Н2 в нем варьируется от 1:1 до 1:3.

В прямой зависимости от применяемого сырья и метода его соотношение компонентов в синтез-газе изменяется в широких пределах.

Как правило, процентное содержание веществ в сыром неочищенном синтез-газе следующее:

• CO — 15-18%
• H2 — 38-40%
• CH4 — 9-11%
• CO2 — 30-32%

Стоит заметить, что данное соотношение является весьма приблизительным, поскольку повышением температуры в процессе синтеза можно увеличить количество СО, а увеличив давление можно повысить содержание Н2 и СН4.

Также, помимо данных веществ синтез-газ может содержать и другие вещества – инертные газы (N2) и серосодержащие соединения (H2S), если исходное сырье содержало серу. От не нужного присутствия в синтез-газе таких веществ как углекислый газ и сера избавляются путем очистки селективными растворителями.

Способы получения синтез-газа

Первым известным человечеству способом получения синтез-газа была газификация каменного угля. Данный способ был осуществлен в Англии еще в 30-е годы XIX века, и во многих странах мира до 50-х годов XX века.

Впоследствии данная методика была вытеснена методами, основанными на использовании нефти и природного газа. Однако в связи с существенным сокращением мировых нефтяных ресурсов, значение процесса газификации каменного угля снова стало возрастать.

К тому же, благодаря такому необходимому процессу как переработка ТБО, ученые научились добывать синтез-газ из новых, нетрадиционных источников.

Сегодня существуют три основных метода получения синтез-газа.

1. Газификация угля. Данный процесс основан на взаимодействии каменного угля с водяным паром и происходит по формуле:

C + H2O → H2 + CO.

C + 1/2O2 → CO.

2. Конверсия метана. Данная реакция взаимодействия водяного пара и метана проводится при повышенной температуре (800-900 градусов) и давлении при присутствии никелевых катализаторов (Ni-Al2O3). Формула данного процесса:

CH4 + H2O → CO + 3H2 .

Также в качестве сырья в данном способе вместо метана можно использовать любое сырье, содержащее углеводород.

3. Парциальное окисление углеводородов. Данный процесс, происходящий при температурах выше 1300 градусов заключается в термическом окислении углеводородов. Формула данной реакции:

CnH2n + 2 + 1/2nO2 → nCO + (n + 1)H2 .

Данный способ применим к любому сырью, содержащему углеводороды но наиболее часто используется высококипящая фракция нефти — мазут.

Производство синтез-газа

Сегодня производство синтез-газа постоянно совершенствуется, поскольку востребованность данного сырья неизменно растет с каждым годом.

В настоящее время учеными разрабатываются проекты подземной газификации угля, то есть планируется, что получение синтез-газа будет происходить непосредственно в пласте угля глубоко под землей.

Интересен тот факт, что подобную идею уже высказывал известнейший русский ученый Д.И. Менделеев, причем более 150 лет назад.

Также благодаря современным разработкам сегодня синтез-газ научились получать газификацией не только угля и нефти, но и более нетрадиционных источников углерода, вплоть до бытовых и сельскохозяйственных отходов. Таким образом, сегодня мусороперерабатывающие заводы способны добывать такое ценное сырье как синтез газ в процессе утилизации отходов.

Применение синтез-газа

Сегодня синтез-газ используется в химической промышленности для получения различного сырья. Кроме этого, он также используется в качестве экологически чистого источника тепла и энергии. Сжигая синтез-газ можно получить достаточно большое количество тепла, которое можно использовать в самых различных целях.

Кроме этого, синтез газ используется в качестве исходного сырья для метилового спирта и синтетического жидкого топлива, которое по своим характеристикам ни в чем не уступает традиционному.

Синтез-газ из углекислого газа и воды

Синтез-газ из углекислого газа и воды представляет большой интерес.

Что такое газ из воды и его применение

Синтез газ представляет собой смесь монооксида углерода СО и водорода H2 в пропорциях от 1 к 1 до 1 к 3. Пока, в основном, изготавливается из природного газа, нефти и угля.
Прежде всего это вещество горит с выделением большого количества тепла. Кроме того необходимо как сырье  для производства многих химических продуктов.

Синтез газ необходим для изготовления метилового спирта, аммиака, водорода, метанола, муравьиной кислоты, фосгена, метилформиата, продуктов октосинтеза. Является восстановителем железной руды. Хотя высокое количество выделяемой энергии и удобство транспортировки бензина и других жидких углеводородов сделали их основой транспортной инфраструктуры в мире, работа над источниками разложения воды и углекислоты идет.
Исследователи продолжают работать над использованием низкоуглеродных газов, таких как метан и водород в качестве топлива, а также применение углекислого газа.  Кроме того множатся гибридные и полностью электрические автомобили. Но для дальних грузовиков и других транспортных средств большой грузоподъемности, а также авиации, нет хорошей альтернативы, чем жидкое топливо и как основной источник топлива синтез или водяной газ пока не используется.

Хотя известны три способа получения синтез-газа: газификация каменного угля, конверсия метана- реакция взаимодействия метана с водяным паром,  окисление углеводородов при температурах выше 1300°С.

Однако рассматривается получение этого газа из воды и углекислого газа.

Разложение воды и углерода

Ученые утверждают, что нашли способ, чтобы получить возобновляемую энергию из легко доступных соединений, таких как вода и диоксид углерода (углекислый газ  CO2).

Этот завод в Исландии превращает двуокись углерода в синтез-газ и в конечном итоге в метанол топливо

Задачи по существу сводится к впрыскиванию энергии от солнца или других возобновляемых источников  для разрыва химических связей воды и углекислого газа. Это является очень сложной проблемой, но решаемой.

Проблема в том, что CO2 это очень стабильная, инертная молекула. Химики могут заставить разложиться этой молекуле путем выделения электричества или тепла. Первым шагом в этом процессе обычно отделить один атом кислорода сделать из CO2     CO.

Молекулы CO затем могут быть объединены с H2 чтобы сделать комбинации известного  синтез-газа, который может быть преобразован в метанол.  Метанол как простейший одноатомный спирт может быть использован непосредственно или преобразован в другие ценные химические вещества и топливо.

Огромные химические заводы делают именно это, но они делают сингаз не из воздуха, а с природного газа.

Таким образом, задача для химиков является синтез-газ из углекислого газа и воды:

Синтез-газ — смесь монооксида углерода СО и водорода H2

Установка по образованию  монооксида углерода и водорода

Сейчас ученые создали установку которая фокусирует широкую полосу солнечного света на полупроводниковые панели, которые преобразуют 38% поступающей энергии в электричество с высоким напряжением. Электричество подается на шунтирующие электроды для двух электрохимических элементов: один, который расщепляет молекулы воды, а другой расщепляет CO2.

Тем временем значительная часть оставшейся энергии в солнечном свете используется как тепло для разогрева на сотни градусов, шаг, который снижает количество электричества, необходимого для разделения воды и CO2.Таким образом 50% поступающей солнечной энергии может быть преобразовано в химические связи.

Неясно, является ли этот процесс по образованию монооксида углерода и водорода синтез-газа (сингаза) дешевым, как из природного газа.

Ученые отмечают, что  экономический анализ установки расщепления впервые описанной в 2002 году,  можно генерировать килограмм H2— энергетический эквивалент 4 литра бензина — стоимостью $ 2,61.

Учитывая эти трудности по-прежнему пытаются разделить CO2 при более низких температурах. Один такой подход уже коммерчески применяется.

В Исландии международная компания проводит рециркуляцию углерода с 2012 года, используя образование синтез газа из углекислого газа и воды. Компания использует на островах изобилие геотермальной энергии для производства электроэнергии, который управляет электролизом машин, которые разделяют CO2 и воду. В результате сингаз затем превращается в метанол.

Синтез-газ можно создать  из воды  и углекислого газа CO2.

Энергия  катализатора

Конечно в большинстве регионов мира как в Исландии нет обильной геотермальной энергии, необходимой для управления процессом, чтобы   возобновляемая энергия получилась, поэтому используется энергия катализатора. Энергия катализатора может   разделить CO2 на атом кислорода и СО.

Эти катализаторы обычно находятся  на катоде, один из двух электродов в электролитическая ячейке содержащей воду. На противоположном электроде молекулы воды делятся на электроны, протоны и кислород. Электроны и протоны двигаются к катоду, где CO2 молекулы делятся на CO и атомы кислорода.
Сегодня идеальным стандартом для таких катализаторов является золото.

В 1980-х годов японские исследователи обнаружили, что электроды из золота проявляют высокую активность при расщеплении  CO2 до CO во  всех установках при низкой температуре.

Исследователи в университете штата Делавэр (UD), Норуолк, сообщили что катализаторы из наночастиц серебра делать также можно.

Также доказали, что можно даже дешевле использовать катализаторы из цинка, что также оказывается весьма эффективным для получения CO.

Также ученые сообщают, что электроды, изготовленные из нанокристаллической меди позволяют непосредственно синтезировать множество более сложного жидкого топлива, как этанол и ацетат при беспрецедентной эффективности возобновляемой энергии.

Процесс электролиза с помощью света

Также исследователи во всем мире проводят низкотемпературный процесс электролиза CO2 и H2O с энергией непосредственно от солнечного света. Процесс электролиза использует поглощение света на основе полупроводников, например на основе диоксида титана – нанотрубок, чтобы выработать CO, метан или другие углеводороды.

До настоящего времени такие установки не очень эффективны. Обычно они преобразуют менее 1% поступающей солнечной энергии в химические связи, лучше с помощью ультрафиолетового излучения солнца, которое составляет лишь крошечную часть спектра.

Сейчас ученые химики сообщают, что упростили процесс электролиза, разработав на основе висмута фотокатализатор, который преобразует 6,1% энергии видимого светового спектра в химические связи CO.

Несмотря на прогресс на всех этих фронтах ученые предупреждает, что синтез газа из углекислого газа и воды пройдет еще долгий путь, чтобы конкурировать непосредственно с жидким ископаемым топливом, особенно сейчас, когда цены на нефть стабильны и относительно невелики.

Ученые утверждают, что широкое проникновение возобновляемой энергии в виде солнечной и ветровой  произойдет. Дания, например, уже производит около 30% своего электричества от ветряных станций и находится на темпе, чтобы достичь 50% к 2020 году.

Особенно в ветреный день в июле ветровые электростанции сформировали 140% потребностей страны в электричестве. Избыток был отправлен соседям в Германию, Норвегию и Швецию.

Однако избыток энергии во времена пика производства возобновляемой энергии может привести стоимость электроэнергии к нулю, а рентабельность даже ниже с учетом низкого энергопотребления.

2016-04-21

Получение синтез-газа

Абсолютно новый, эффективный и низкозатратный альтернативный способ переработки природного и попутного нефтяного газа в синтез-газ. Относительно небольшие реакторы получения синтез-газа, пригодные для транспортировки, можно устанавливать рядом с газовыми и нефтяными месторождениями.

Синтез-газ

Описание проблемы

Традиционные способы получения синтез-газа

Альтернативный способ получения

Преимущества

Синтез-газ:

Синтез-газ (сигаз) – смесь газов, главными компонентами которой являются СО (оксид углерода) и Н2 (водород).

В зависимости от метода получения синтез-газа соотношение CO:Н2 в нем варьируется от 1:1 до 1:3. В прямой зависимости от применяемого сырья и метода его соотношение компонентов в синтез-газе изменяется в широких пределах.

Как правило, процентное содержание веществ в сыром неочищенном синтез-газе следующее:

• CO – 15-18%
• H2 – 38-40%
• CH4 – 9-11%
• CO2 – 30-32%

Стоит заметить, что данное соотношение является весьма приблизительным, поскольку повышением температуры в процессе синтеза можно увеличить количество СО, а увеличив давление можно повысить содержание Н2 и СН4.

Также, помимо данных веществ синтез-газ может содержать и другие вещества – инертные газы (N2) и серосодержащие соединения (H2S), если исходное сырье содержало серу. От ненужного присутствия в синтез-газе таких веществ как углекислый газ и сера избавляются путем очистки.

Описание проблемы:

В России в основном попутный нефтяной газ сжигается. По расчётам Министерства природных ресурсов, из-за этого страна ежегодно теряет более 139 миллиардов рублей. Кроме того, сжигание вредит экологии. Решение этой проблемы кроется в эффективной переработке природного и попутного нефтяного газа – найден альтернативный способ – получение синтез-газа.

Существует несколько способов получения синтез-газа.

Традиционно его получают из природного газа (метана), при его взаимодействии с водяным паром. Данная реакция взаимодействия водяного пара и метана проводится при повышенной температуре (800-900 градусов) и давлении при присутствии никелевых катализаторов. Формула данного процесса:

CH4 + H2O → CO + 3H2 .

Но приданном способе получения есть большой минус – для осуществления этого процесса требуется большое количество тепла, которое получается путём сжигания большого количества природного газа с весомыми выбросами углекислого газа в атмосферу. Это дорого, и негативно влияет на экологию.

Другой способ – получение синтез-газа путём окисления метана кислородом. Но чистый кислород достаточно дорогой продукт, что приводит к резкому увеличению стоимости производства синтез-газа.

Альтернативный способ получения:

Абсолютно новый, альтернативный, эффективный и низкозатратный способ получения состоит в получении синтез-газа в реакторах на основе керамических мембран со смешанной кислородной и электронной проводимостью. Это позволяет совместить выделение кислорода из воздуха и окисление метана в единый процесс.

Данная технология более компактная, чем традиционная (взаимодействие метана с водой), позволяет избежать взрыва кислорода при взаимодействии с метаном.

Относительно небольшие реакторы получения синтез-газа, пригодные для транспортировки, можно устанавливать рядом с газовыми и нефтяными месторождениями, что позволяет использовать попутный нефтяной газ и на месте получать из него дизельное топливо, метанол, парафины и пр. сырье для химической промышленности.

– экономичность,

– экологическая чистота,

– мобильность.

карта сайта

синтез газ
получение синтез-газа
производство синтез газа
синтез метанола из синтез газа
синтез газ углекислого газа
синтез газ метана
синтез природного газа
синтез аммиака газе
получение метанола из синтез газа
синтез газ реакция
компрессор синтез газа
синтез газ воды
синтез газа угля
реактор синтез газа
применение синтез газа
установка синтез газа
синтез белка газа
синтез топлива синтез газа
синтез газ использование
синтез газ получают из
синтез газ получение и применение
газ синтеза эфира
синтез газ состав
очистка синтез газа
синтез газ формула
газа также синтез газ
синтез газ курсовая
синтез бензина газа
промышленное получение метанола синтез газом
получение синтез газа угля
свойства синтез газа
переработка синтез газа
синтез газ используемый производстве метанола
конверсия метана синтез газ
синтез газ для производства метанола получают взаимодействием
производство метанола из синтез газа
методы получения синтез газа
синтез углеводов углекислого газа воды
генераторы синтез газа
синтез газ это смесь
способов получения синтез газа
получение синтез газа природного газа
технология получения синтез газа
синтез газ из древесины
получение синтез газа из метана
тнк синтез газ 32
устройство для получения синтез газа
отличие синтез газа
физические свойства синтез газа
авария центробежного компрессора синтез газа

by HyperComments