Definiția și utilizarea gazelor de apă

Gazul de apă este un combustibil de ardere care conține monoxid de carbon (CO) și gaz de hidrogen (H₂). Gazul de apă se produce prin trecerea aburului peste hidrocarburile încălzite. Reacția dintre abur și hidrocarburi produce gaz de sinteză. Reacția de schimbare a apei-gazului poate fi utilizată pentru a reduce nivelul de dioxid de carbon și a îmbogăți conținutul de hidrogen, făcând gaz de apă. Reacția de schimbare apă-gaz este:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Istorie

Reacția de schimbare apă-gaz a fost descrisă pentru prima dată în 1780 de către fizicianul italian Felice Fontana. În 1828, gazul de apă a fost produs în Anglia prin suflarea aburului peste cocsul alb-cald. În 1873, Thaddeus S. C. Lowe a brevetat un proces care a utilizat reacția de schimbare a apei-gazului pentru a îmbogăți gazul cu hidrogen. În procesul lui Lowe, aburul sub presiune a fost împușcat pe cărbune cald, cu căldură menținută folosind coșuri de fum. Gazul rezultat a fost răcit și spălat înainte de utilizare. Procesul lui Lowe a dus la creșterea industriei producătoare de gaze și la dezvoltarea unor procese similare pentru alte gaze, cum ar fi procesul Haber-Bosch pentru sinteza amoniacului. Pe măsură ce amoniacul a devenit disponibil, industria frigorifică a crescut. Lowe deținea brevete pentru mașini de gheață și dispozitive care utilizau gaz hidrogen.

producere

Principiul producției de gaze cu apă este simplu. Aburul este forțat să depășească combustibil pe bază de carbon roșu-cald sau alb-cald, producând următoarea reacție:

H₂O + C → H₂ + CO (ΔH = +131 kJ / mol)

Această reacție este endotermică (absoarbe căldura), deci trebuie adăugată căldură pentru a o susține. Există două moduri în care se face acest lucru. Unul este să alternați între abur și aer pentru a provoca arderea unor carbon (un proces exotermic):

O₂ + C → CO₂ (ΔH = −393,5 kJ / mol)

Cealaltă metodă este utilizarea gazului de oxigen în loc de aer, care produce monoxid de carbon și nu dioxid de carbon:

O₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = −221 kJ / mol)

Diferite forme de gaz de apă

Există diferite tipuri de gaze de apă. Compoziția gazului rezultat depinde de procedeul utilizat pentru realizarea acestuia:

• Gaz de reacție schimbare gaz: Acesta este numele dat gazului de apă obținut folosind reacția de schimbare a apei-gazului pentru a obține hidrogen pur (sau cel puțin hidrogen îmbogățit). Monoxidul de carbon din reacția inițială este reacționat cu apă pentru a îndepărta dioxidul de carbon, lăsând doar hidrogenul gazos.
• Gaz semi-apă: Gazul semi-apă este un amestec de gaz de apă și gaz de producție. Gazul producător este denumirea de gaz combustibil derivat din cărbune sau cocs, spre deosebire de gazul natural. Gazul semi-apă se produce prin colectarea gazului produs atunci când aburul este alternat cu aerul pentru a arde cocsul pentru a menține o temperatură suficient de ridicată pentru a susține reacția gazelor de apă.
• Gaz de apă carburați: Gazul de apă carburat este produs pentru a spori valoarea energetică a gazului de apă, care este de obicei mai mic decât cel al gazului de cărbune. Gazul de apă este carburați prin trecerea acestuia printr-o replică încălzită care a fost pulverizată cu ulei.

Utilizarea gazelor de apă

Gazul de apă utilizat în sinteza unor procese industriale:

• Pentru a elimina dioxidul de carbon din celulele de combustibil.
• Reacționat cu gaz producător pentru a produce gaz.
• Este utilizat în procesul Fischer-Tropsch.
• Este utilizat pentru a obține hidrogen pur pentru a sintetiza amoniacul.