GAZ SYNTEZOWY
Gaz do syntez chemicznych zawierający jako podstawowe składniki
tlenek węgla i wodór.
Stosunek molowy H
2
:CO w surowym gazie syntezowym nie jest
wielkością stałą i mieści się zależnie od rodzaju surowca oraz metody
przeróbki w przedziale 0,5÷6,0.
Gaz może ponadto zawierad: CO
2
, N
2
i CH
4
.
Gaz syntezowy nie należy do grupy gazów technicznych. Nie jest
produktem handlowym.
2
DME
Wodór
Produkty
Fischera Tropscha
Gaz syntezowy
CO + H
2
Amoniak
Metanol
Czyste paliwa,
-olefiny
a
Paliwa,
ogniwa,
“ekologiczne paliwa”
Energia - produkcja
Ciecze
Diesel
Mocznik
Paliwo
Kwas octowy
Formaldehyd
MTBE
Diesel - dodatki
Olefiny
Polietylen
Glikol etylenowy
Polipropylen
Akrylonitryl
3
Amin
Olefin/alkinów/dienów
Chlorków kwasowych
Karbonylowanie
Nitrozwiazków
Alkoholi/fenolikwasowych
Kwasy karboksylowe,
ketony
Aminokwasy
Nienasycone kwasy
karboksylowe
Aldehydy,
alkohole okso
Poliketony/
poliamidy/
poliwęglany
Estry
Izocyjaniany/
Moczniki/
Węglany
Izocyjaniany/
Moczniki/
Węglany
Kwasy
karboksylowe
Węglany
organiczne
Kwasy karboksylowe,
-ketokwasy
a
Monoestry,
-ketoestry
a
Redukcyjne
karbonylowanie
Utleniające
karbonylowanie
Karbonylowanie
Karbonylowanie
Amidoarbonylowanie
Utleniające
karbonylowanie
Hydroformylowanie
Kopolimeryzacja
Hydroestryfikacja
Hydrokarbonylowanie
Hydroestryfikacja
Utleniające
karbonylowanie
4
MegaSyn
®
Megammonia
®
Mega-
Methanol
®
Syntheza
Fischera-
Tropscha
MTC
MTP
®
MTO
MTH
MtSynfuels
®
Kwas akrylowy
Upgrading
Gaz ziemny/
Gaz towarzyszący
ropie naftowej
Ogniwa paliwowe
Chemikalia
(MTBE, kw. octowy,
formaldehyd, ...)
Diesel/paliwa
Etylen/propylen
Zasilanie/Paliwo/DME (Diesel)
Wodór
Kwas akrylowy/akrylany
LPG
Nafta
Diesel
Woski
Gaz opałowy
MtPower
5
Podstawowe możliwości otrzymywania gazu syntezowego
parowo-powietrzne
zgazowanie
koksu
(pierwsza
metoda
przemysłowa),
parowo-tlenowe
(powietrzne)
zgazowanie
węgla
(od
lat
czterdziestych),
konwersja metanu lub benzyny (od lat pięddziesiątych; obecnie
główna metoda).
6
Surowce:
gaz ziemny,
produkty przeróbki ropy naftowej (gazy rafineryjne, benzyny, oleje,
pozostałości podestylacyjne),
węgiel kamienny, brunatny i torf.
7
Konwersja gazu ziemnego parą wodną (tzw. reforming parowy)
(około 80% światowej produkcji wodoru)
Technologie: Foster Wheeler, M.W. Kellogg, Lurgi, ICI, Kvaerner Process Technology and
Haldor Topsoe,
Surowiec: najczęściej metan, a znacznie rzadziej etan, propan lub
butany.
CH
4
+ H
2
O CO + 3H
2
H = 206 kJ/mol
Częśd gazu przeznaczonego do konwersji spapla się, aby pokryd
zapotrzebowanie na energię cieplną.
8
Warunki procesu:
Temp. 700-900
o
C, ciśnienie - 3-4 MPa (900-1000
o
C, 1,6-2 MPa).
duży nadmiar pary wodnej (ok. 2-4 krotny w stosunku do metanu).
katalizator - niklowy (Ni-K
2
O/Al
2
O
3
), nieodporny na działanie
związków siarki.
konwersja w piecach rurowych wyposażonych w palniki do opalania
gazem ziemnym umieszczone w stropie lub w ścianach bocznych.
Podstawowy element konwertora: rury o długości 10-15 m i średnicy
wewnętrznej 8-15 cm i grubości ścianki 15-20 mm, wykonane są z
żaroodpornej, chromoniklowej stali stopowej, zawieszone pionowo w
kilku rzędach.
9
Reakcje uboczne prowadzące do dezaktywacji katalizatora:
C + 2 H
2
CH
4
H= -83kJ/mol
CO + H
2
O CO
2
+ H
2
CO + H
2
C + H
2
O
2 CO C + CO
2
10
Konwersja metanu za pomocą CO
2
,
CH
4
+ CO
2
2 CO + 2 H
2
H = 252 kJ/mol
Rzadko wykorzystywana ze względu na zwiększone zapotrzebowanie
cieplne
11
Półspalanie metanu do gazu syntezowego (tzw. POX)
Technologie: Texaco i Shell
CH
4
+ 0,5 O
2
CO + 2H
2
H = -35 kJ/mol
Warunki procesu:
Spalanie całkowite w częsci reaktora wyłożonej cegłami o
wysokiej wytrzymałości termicznej i zdolności kumulowania
ciepła, w temperaturze 1500-1600°C
Powstawanie gazu syntezowego w strefie niższej temperatury -
1100-1200°C wobec katalizatora (nikiel na dolomicie, tj.
równomolowej mieszaninie MgCO
3
i CaCO
3
),
Dezaktywacja katalizatora wskutek powstawania sadzy,
Koniecznośd odsiarczania produktu (powstaje COS)
12
Regeneracja katalizator w trakcie procesu w wyniku wtrysku
przez układ dysz roztworu azotanu niklu(II):
Ni(NO
3
)
2
aq
Ni(NO
3
)
2
st
T
Ni(NO
3
)
2
st
T
NiO
Ni
H
2
T
- NOx
Pozwala to na stosowanie w procesie metanu zanieczyszczonego, a
także gazu koksowniczego zawierającego związki siarki.
AuthoThermal Reformer (ATR) jak wariant procesu półspalania
Technologie: Lurgi, Haldor Topsoe and ICI.
13
I etap
ok. 35% stechiometrycznej ilosci tlenu, 1300-140
o
C, 60-80 czas ok. 2-5 s
II etap
14
Inne możliwości otrzymywania gazu syntezowego
Otrzymywanie gazu syntezowego ze stałych i półstałych
surowców przez zgazowanie w procesie bezkatalitycznym w temp.
ok. 1000
o
C.
Produkt jest zwany gazem wodnym (powstaje z wody i koksu)
Zgazowanie tanich pozostałości ropnych, często odpadowych
surowców naftowych, które mogą byd znacznie zanieczyszczone
siarką i innymi substancjami niewęglowodorowymi. Warunek
konieczny – postad ciekła po ogrzaniu do temperatury 300
o
C.
15
Zgazowanie pozostałości ropnych
Proces wysokotemperaturowy (1300-1500
o
C), pod ciśnieniem 5-10 MPa
(proces Shell i Texaco).
Czynniki zgazowujące: para wodna i 95% tlen.
Surowy gaz zawiera do 3% sadzy.
Usuwa się ją przez przemycie gazu
wodą.
Z
powstałej
wodnej
zawiesiny wyodrębnia się sadzę
przez adsorpcję w benzynie lub
oleju
i
po
oddestylowaniu
rozpuszczalnika
zawraca
do
procesu.
16
Plasma Reformation of Carbonaceous Matter into Syngas
Florida Syngas LLC, Focus on making the Earth a cleaner,
greener place with
plasma reformation technology.
Efficient reformation of ANY Carbonaceous
Waste to Syngas
Carbon Neutral Process (no NOx, SOx, H2S or
added CO
2
)
Very low energy required to run Process (Process
is EXOTHERMIC)
Self-renewing / Self-regenerating Catalyst (low
maintenance)
Enables direct use of Syngas as fuel for Gas
Turbine for efficient production of Electricity
without high-maintenance filtration systems
(lowers operation costs)
Ultra-clean Syngas allows direct conversion to
Synthetic Fuels and valuable Chemicals (i.e. Urea,
Acetic Acid, Synthetic Fuels, Methanol,
Ammonia, etc.) using Fischer-Tropsch and
commercially available processes. (multi-stream flexibility)
Comparatively low equipment costs; rapid ROI and rapid deployment
Scalable Technology (match facility needs and requirements)
Renewable Energy Credits or Carbon Credits (NO POLLUTION)
is THE ANSWER to Energy Independence