Gaz syntezowy lub gaz syntezowy , gdy (na początku XX p wieku) pod nazwą „ gaz przemysłowy ” oraz „ gaz miejski ” jest palna mieszanka gaz wytworzony przez pirolizę . Jest to gaz ubogi (o połowę mniej energii niż gaz ziemny) i brudny , toksyczny, kwaśny i żrący, jeśli nie został dokładnie oczyszczony (jak to miało miejsce w przypadku oświetlenia wnętrza).
Jest wynikiem złożonej reakcji chemicznej. Reakcja ta charakteryzuje się pierwszym etapem zgazowania przez pirolizę materiału organicznego (na przykład drewna lub węgla drzewnego), w obecności środka utleniającego dobrowolnie wprowadzonego w niewystarczającej ilości, wystarczającej do spalenia, ale za mało. jest kompletna. W wyniku tej reakcji powstaje „gaz utworzony z mieszaniny gazów skraplających się i niekondensowalnych oraz karbonizatu , rodzaj pozostałości węgla drzewnego ” ; sprzedawany gaz syntezowy jest wytwarzany w drugiej fazie rozkładu termicznego, jaką jest część „zbiornika” ).
Historia produkowanych gazów sięga XVIII th wieku . Nowoczesne procesy poprawiają wydajność poprzez ciągłe zasilanie reaktora (złoże fluidalne i porywające) oraz wprowadzenie katalizatora do procesu reakcji.
Gazu syntezowego zawiera głównie parę wodną , a z wodoru , z metanu , z tlenku węgla i niektóre dwutlenek węgla , a pozostałość pirolizy (włączając w kompozycji i ilość zmienia się w zależności od sposobu jego wytwarzania, w zależności od źródła węgla, który został użyty do produkcji i ostatecznie w zależności od stopnia jego oczyszczenia. Prawie wszystkie te pozostałości są związkami toksycznymi, rakotwórczymi i / lub mutagennymi).
Dawniej używane jako paliwo gazowe, dziś jest przetwarzane głównie na paliwo ciekłe do silników spalinowych .
Po oczyszczeniu teoretycznie można go wykorzystać w kogeneracji lub trójgeneracji do wytwarzania ruchu, ciepła i / lub energii elektrycznej.
Proces produkcji za pomocą termolizy, który umożliwia jej wytwarzanie, zostałby wynaleziony około 1780 r. (?) W Szkocji, ale rozwinięty w formie nadającej się do przemysłowego wykorzystania w 1798 r. Wraz z wynalezieniem inżyniera Philippe'a Lebona (1767-1804) nowego proces produkcji rozpalania gazu przez pirolizę drewna (następnie węgla). Wydaje się również, że Lebon wynalazł formę kogeneracji, odkąd zaopatrzył paryski Hôtel de Seigneley (1801-10-11) w gaz oświetleniowy, a do jego podgrzania wykorzystano ciepło z pieca pirolitycznego. Jednak ta metoda była bardzo zanieczyszczająca i była źródłem nieprzyjemnych zapachów.
Proces Lebona został następnie ulepszony przez Williama Murdocha , umożliwiając oświetlenie Londynu gazem od 1807 roku . Ale gaz ten został szeroko przemysłowo (przez „ gazowni ”) aż do początku XX -tego wieku, jako oświetlenia gazowego i gazu miejskiego i gazu sprzedawanego do przemysłu stalowego (w północnej Francji i Lotaryngii w szczególności).
We Francji szybko zbudowano setki fabryk do produkcji tego gazu, a tysiące w pozostałych krajach uprzemysłowionych. Większość z tych fabryk działała we Francji do końca lat 60. XX wieku, kiedy to ze względu na niedobór węgla, emitowane przez nie zanieczyszczenia i konkurencję ze strony gazu ziemnego zostały one zamknięte (od lat 60. do 1971 r.).
Fabryki te zostały zrównane z ziemią, ale pozostawiły po sobie znaczące następstwa zanieczyszczenia gleby i lokalnych wód gruntowych przez WWA ( wielopierścieniowe związki aromatyczne ), produkty uboczne azotu, lekkie produkty uboczne węglowe typu BTEX ( benzen , toluen , etylobenzen , ksylen). ). Pozostawili także smoły węglowe (czasami zwane „smołami” , fenole , chlorowane lub nieorganiczne pozostałości organiczne zawierające siarkę i bardzo kwasy; koks , wody amoniakalne , błękit pruski i inne odpady, w tym „materiały oczyszczające”. W rzeczywistości kondensat najcięższych atomów z reakcji zgazowania biomasy (świeżej lub kopalnej ) tworzy „złożoną mieszaninę, która może zawierać kilkaset związków” . Większość z tych związków chemicznych jest rakotwórcza i / lub mutagenna, toksyczna, wolno biodegradowalna iw każdym przypadek niepożądany w wodzie, powietrzu i glebie, należy je oczyścić, aby nie uszkodzić elementów reaktora i rurociągów lub zaworów znajdujących się za nimi.
W 1995 roku we Francji francuski spis terenów zdegradowanych ze starych gazowni nie został zakończony. Miał już 782 lokalizacje (w tym 689 znacjonalizowanych, w tym 483 zarządzanych przez EDF-GDF).
Przed rozwojem gazociągów i związanych z nimi sieci gazowych , a także przed upowszechnieniem się gazu ziemnego (od lat czterdziestych XX wieku), wiele miast w Ameryce Północnej i Europie wykorzystywało gaz węglowy zarówno jako gaz grzewczy, jak i oświetleniowy (zwany wówczas „niebieskim gazem, uboga gaz generatorowy, gaz powietrzny, gaz wodny, gaz miejski ”lub nawet„ gaz opałowy ”firmy Mobil, który wykorzystywał go do produkcji metanolu przeznaczonego do produkcji dodatków lub paliw syntetycznych.
Jego obecna nazwa („ syntetyczny gaz ziemny ” dla anglojęzycznych) pochodzi od jego zastosowania jako półproduktów w syntezie „syntetycznego gazu ziemnego” (GNS) i do syntezy amoniaku w procesie Habera ) lub do syntezy metanolu przez metanizację dla przemysł chemiczny lub paliwowy. Po metanizacji gaz syntezowy jest wzbogacony w metan, ale nadal zawiera wodę, CO 2 i wodór i dlatego musi zostać oczyszczony w celu detoksykacji i zwiększenia jego wartości opałowej (PCS) oraz uzyskania liczby Wobbego (W) zgodnej z gazem sieci (jest to faza „ustalania specyfikacji” .
Trwające badania badają możliwość uczynienia go jednym z niekonwencjonalnych gazowych agropaliw lub biopaliw , produkowanych z biomasy. Naukowcy wciąż udoskonalają metody wytwarzania metanolu z tego gazu.
Reakcja pirolizy jest endotermiczna (zużywa ciepło). W związku z tym konieczne jest zużycie energii, aby ją utrzymać, generalnie przez spalanie w oddzielnym reaktorze (i przy większej ilości tlenu) części zbiornika wytworzonej lub przez zawracanie i utlenianie części gazu syntezowego wytwarzanego w celu ogrzania reaktora.
Istnieją różne metody produkcji tego gazu oraz ekstrakcji smoły i innych pozostałości z niego; co znacząco wpłynie na jego jakość i skład:
Wykorzystywany jest również jako półprodukt do produkcji syntetycznej ropy naftowej i syntetycznego oleju napędowego (paliwa syntetycznego) w procesie Fischera-Tropscha (stosowany jako paliwo lub smar).
Gaz syntezowy jest palny i często używany jako paliwo do silników spalinowych. Ma mniej niż połowę gęstości energetycznej gazu ziemnego.
Gazyfikacja węgla była wykorzystywana przez wiele lat do produkcji gazu piorunowego i, w pewnym stopniu, do ogrzewania, zanim oświetlenie elektryczne i infrastruktura gazu ziemnego stały się głównym nurtem.
Aby z powodzeniem uprzemysłowić proces Habera , naukowcy z BASF musieli opracować reakcję „ gaz-woda ”, ponieważ konieczne było zabezpieczenie użytego materiału przed szybką degradacją i uzyskanie chemicznie czystego wodoru. Będzie to również konieczne, aby uniknąć zatrucia katalizatorów ( obecnie na bazie niklu w końcowej fazie, jaką jest metanizacja ). Gaz syntezowy bierze udział w produkcji wodoru.
Gaz syntezowy ma mniej niż połowę gęstości energetycznej gazu ziemnego. Służy jako paliwo i prekursor w produkcji innych chemikaliów. Gaz syntezowy można również wykorzystać w procesie Fischera-Tropscha do syntezy syntetycznej ropy naftowej, która sama jest prekursorem syntetycznej benzyny .
Gaz syntezowy przeznaczony do wykorzystania jako paliwo powstaje najczęściej w wyniku zgazowania węgla , wydobycia biomasy lub zgazowania odpadów.
Główne reakcje chemiczne to:
C + H 2 O→ CO + H 2C + O 2→ CO 2 CO 2 + C → 2 COW przypadku zastosowania w przemysłowej syntezy wodoru w dużej skali (w większości w syntezy amoniaku ), może on być również utworzony z gazu ( poprzez reformingu katalitycznego lub dokładniej reformingu parowego )
CH 4+ H 2 O→ CO + 3 H 2Aby wytworzyć jeszcze więcej wodoru z tej mieszaniny, dodaje się więcej pary i zachodzi reakcja gazu z wodą :
CO + H 2 O→ CO 2+ H 2Podczas syntezy amoniaku wodór należy oddzielić od CO 2aby zapobiec zatruciu katalizatorów przez ten ostatni. Odbywa się to głównie za pomocą adsorpcji zmiennociśnieniowej lub reaktora membranowego . Odczynniki używane do absorpcji CO 2to etanoloamina , dietanoloamina , N-metylodietanoloamina lub węglan potasu .