Синтез-газ как топливо и как основа для синтеза углеводородов.
Производство искусственной нефти
Синтез-газ как основа для синтеза углеводородов
Синтез-газ.
Основой процесса получения синтетического топлива, и других высокомолекулярных углеводородов, является синтез-газ. В идеальном случае, он представляющий собой смесь монооксида углерода и водорода. Самое время посмотреть, как они получаются.
В промышленности синтез-газ получают:
паровой конверсией метана (СН4 + Н2О = СО + 3Н2),
парциальным окислением метана (СН4 + ½O2 = СО + 2Н2),
газификацией угля водяным паром (—СН2—+ Н2О = СО + 2Н2),
окислением угля, при недостатке кислорода (—СН2—+ ½O2 = СО + Н2).
В зависимости от способа получения соотношение СО : Н2 варьируется от 1 : 1 до 1 : 3.
Водяной газ является разновидностью синтез-газа. Его получают продуванием водяного пара через слой раскаленного угля или кокса (С + Н2О = СО + Н2 - Q (132 кДж)). Для поддержания температуры, в реактор, время от времени запускают воздух. В результате газовая смесь имеет следующий состав:
СО - 44%, N2 - 6%, СO2 - 5%, Н2 - 45%.
Теплота сгорания - 2800 ккал/м³.
Смешанный газ по составу промежуточный между водяным и генераторным газами. Его получают одновременным продуванием воздуха и паров воды сквозь слой раскаленного угля. Его состав:
СО - 30%, N2 - 50%, СO2 - 5%, Н2 - 15%.
Теплота сгорания - 1300 ккал/м³.
Генераторный газ получают путем пропускания воздуха над раскаленным каменным углем или коксом (1000 – 1100 град. Цельсия). Состав генераторного газа, в идеальном случае:
СО - 35%, N2 - 65%.
Далее, газ смешивается с водяным паром и получается водородная составляющая. Усреднённый состав генераторного газа следующий:
СО - 26%, N2 - 51%, СO2 - 8%, Н2 - 15%.
Теплота сгорания – 800 - 1000 (1100) ккал/м³.
Коксовый газ получают нагревом кокса до 900 – 1100 град. Цельсия, без доступа воздуха. Газовая смесь имеет следующий состав:
СО - 10%, метан - 35%, этилен - 5%, Н2 - 50%.
Теплота сгорания, не меньше – 4000 - 4500 ккал/м³.
Магнегаз получают действием электрической дуги между угольными электродами, погруженными в перерабатываемое жидкое сырье (обычно, отходы органики, в смеси с водой), без доступа воздуха. Магнегаз имеет следующий состав:
СО - 55-60%, СO2 - 1-2%, Н2 - 40-45%.
Теплота сгорания – 7700 - 8900 ккал/м³ (требует перепроверки).О получении Магнегаза, коротко, Вы можете прочитать здесь.
Не смотря на разнообразие способов и результата, существует только три способа термического разложения углеводородов. В зависимости от способа температурного воздействия они могут окисляться (сжигание), распадаться (пиролиз) и газифицироваться (газификация). Все они происходят при высокой температуре (около 1000 град. Цельсия). Интересно, что органические вещества, при нагревании без доступа воздуха (кислорода), начинают распадаться уже при температуре 200 – 250 град. Цельсия, а заканчивают, к 450 – 500 град. При этом сложные молекулы дробятся на более простые, термодинамически более устойчивые при данной температуре. Увеличение температуры до 1000 град. приводит к распаду простых углеводородов на отдельные элементы. Промышленный диапазон температур для разложения углеводородов - от 600 до 1000 град. Цельсия.