Sintetički gas
Sintetički gas (engl. syngas), sintezni plin, vodeni plin ili plavi plin je gas koji služi kao sirovina u industriji sinteze organskih jedinjenja, kao gorivo kod zavarivanja, proizvodnje stakla i u drugim industrijama gde je potrebno razviti visoku temperaturu. Sintetički plin se proizvodi tako što se vodena para prevodi preko užarenog uglja ili koksa. Sastoji se uglavnom od ugljen-monoksida (CO) i vodonika (H2), onečišćenih s malim količinama CO2, N2, CH4, i O2.
- C(čvrst) + H2O(gas) ˂=˃ CO(gas) + H2(gas)
Sintetički gas je produkat postupka gasifikacije tokom koga se pri povišenoj temperaturi u reaktor s gorivom bogatim ugljenikom dovodi sredstvo za rasplinjavanje (npr. kiseonik, vodena para, vazduh ili ugljen-dioksid), a produkt su ugljen-monoksid i vodonik, koji se mogu upotrebiti za sintezu različitih tečnih ugljovodonika nekom varijantom Fišer-Tropšovog postupka, iz uglja, prirodnog plina ili biomase. Sintetički plin je dakle smeša ugljen-monoksida i vodonika u raznim odnosima, najčešće CO/H2 = 1/2. Direktno najviše služi za dobijanje metanola (CO/H2 = 1/2), zatim u procesima hidroformilacije (okso-alkoholi, CO/H2 = 1/1) kao i za dobijanje smesâ ugljenovodonika Fišer-Tropšovim postupkom (CO/H2 = 2/1). Takođe, može se razdvojiti u sastojke, vodonik i ugljen-monoksid. Vodonik najviše služi za proizvodnju amonijaka (N2/ H2 = 1/3) i u rafinerijskoj preradi nafte, dok se izdvojeni ugljen-monoksid najviše upotrebljava u procesima karbonilacije (sirćetna kiselina, polikarbonati, diizocijanati).[1]
Postupci dobivanja sintetičkog plina[уреди | уреди извор]
Sastav sintetičkog gasa direktno zavisi od sirovine, s tim da je najveći prinos na vodoniku pri preradi metana. Tri su temeljna postupka dobivanja: parno reformiranje, delimična (parcijalna) oksidacija i uplinjavanje uglja.
Parno reformisanje[уреди | уреди извор]
Parno reformisanje je katalitički proces, jednostavan i ekonomičan, koriste se samo „lake” sirovine, ponajprije metan CH4 i u manjem obimu primarni benzin, te vodena para:
- CH4 + H2O → CO + 3 H2
Iz sirovine je potrebno prethodno ukloniti katalitičke otrove (sumpor < 1 mg/kg). To je endotermna hemijska reakcija uz heterogene katalizatore (nikal / Al2O3 + MgO), pri visokoj temperaturi od 700 do 800 ºC i pritisku od oko 20 bara.
Delimična oksidacija[уреди | уреди извор]
Delimična (parcijalna) oksidacija koristi „teške” sirovine: loživo ulje, ostatke destilacije nafte, naftu; koji sadrže velike udele sumporovih jedinjenja (od 3 do 4%), pa njihovo prethodno uklanjanje nije ekonomično. Stoga se postupak sprovodi bez katalizatora, pri visokim temperaturama (od 1200 do 1500 ºC) i pritisku od 30 do 80 bara.
Temeljne reakcije su:
- delimična oksidacija (ΔH = – )
- CnHm + n/2 O2 = n CO + m/2 H2
- reakcija hidratacije (ΔH = +)
- CnHm + n H2O = n CO + (n +m/2) H2
Rasplinjavanje uglja[уреди | уреди извор]
Reakcijom uglja sa vodenom parom pri visokim temperaturama nastaje sintetički gas (vodeni plin). To je nekad bio najzastupljeniji postupak dobijanja sintetičkog plina (do 1960). Deo uglja (od 30 do 40%) u potpunosti izgara (zato se postupak sprovodi uz smešu O2/H2O = 1/1), što osigurava reakcionu toplotu za endotermnu reakciju nastajanja smeše CO/H2:
- C + H2O → CO + H2
- C + O2 → CO2
∆H°298 = -393,5 kJ/mol
- CO2 + C → 2 CO
∆H°298 = 172,5 kJ/mol
Endotermna reakcija rasplinjavanja (plinofikacije) ugalja zahteva veliki utrošak energije potrebne za temeljnu reakciju, a takođe je potrebna i vrlo visoka temperatura (od 900 do 1000 ºC) za odgovarajuću ukupnu brzinu reakcije, što se osigurava spaljivanjem uglja. Premda je cena sirovine, uglja, prema drugim sirovinama relativno niska, postupak je ekonomičan samo uz vrlo velike proizvodne kapacitete i istodobne primene „na licu mesta” (uz nuklearne elektrane, ugljenokopi u Južnoafričkoj Republici - „Sasol postupak”).
Alternativne tehnologije nakon dobijanja sintetičkog plina[уреди | уреди извор]
Fišer-Tropšov postupak[уреди | уреди извор]
Fišer-Tropšov postupak je industrijska metoda dobijanja ugljovodonika iz ugljen-monoksida i vodonika (sintetički plin). Postupak, razvijen 1933. su Nemci primenili za dobivanje motornih goriva u Drugom svetskom ratu. Naziv je dobio po nemačkom hemičaru Francu Fišeru (1852—1932) i češkom hemičaru Hansu Tropši (1839—1935). Vodonik i ugljen-monoksid se mešaju u odnosu 2:1 i prevode pri temperaturi od 200 °C preko nikla ili kobalta kao katalizatora. Dobijena smeša ugljovodonika može se razdeliti u dizelsku i benzinsku frakciju. Usavršenim Fišer-Tropšovim postupkom proizvodi se sintetički benzin u Južnoafričkoj Republici, koristeći dva postupka, tzv. „Sasol” i „Sintol” postupci, a sintetički plin se dobija od uglja ili prirodnog plina.[2]
Biogoriva druge generacije[уреди | уреди извор]
Biogoriva druge generacije dobijaju se preradom poljoprivrednog i šumskog otpada. Za razliku od prve generacije, biogoriva ove generacije znatno bi mogla smanjiti emisiju ugljen-dioksida CO2, a uz to ne koriste izvore hrane kao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji rad motora. Biogoriva druge generacije koja su trenutačno u proizvodnji su: celulozni etanol, biovodonik (biohidrogen), biometanol, biodimetileten (bio – DME), dimetilformamid (DMF), HTU dizel (engl. HydroThermalUpgrading), Fišer–Trošov dizel i mešavine alkohola. Iz sintetičkog plina (biogoriva) mogu se dobiti celulozni etanol, biovodonik, biometanol, biodimetileten, Fišer–Tropšov dizel ili mešavine alkohola.[3]
Reference[уреди | уреди извор]
- ^ [1][мртва веза] "Sintezni plin", Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije, Sveučilište u Zagrebu, www.fkit.unizg.hr, 2012.
- ^ [2] "Fischer-Tropschov postupak", Kemijski rječnik & glosar, glossary.periodni.com, 2012.
- ^ "Biogoriva (biofuels)", www.izvorienergije.com, 2012.
Literatura[уреди | уреди извор]
- Prachi Patel (10. 12. 2012). „A Cheap Trick Enables Energy-Efficient Carbon Capture. Using lime to scrub carbon dioxide from power plant smokestacks could cut emissions efficiently and cheaply.”. MIT Technology Review Sustainable Energy. Приступљено 2. 3. 2019.
