Історія людства знає чимало прикладів, коли в силу необхідності народжувалися кардинально нові підходи до вирішення існуючих життєво важливих проблем. Наприклад, в Німеччині в проміжок між першою і другою світовими війнами, позбавленої доступу до великих нафтових джерел, назрівав серйозний дефіцит палива, яке було необхідно для функціонування цивільної і військової техніки.
Маючи в своєму розпорядженні істотними запасами викопного вугілля, Німеччина почала шукати шляхи його трансформації в рідке паливо, придатне для двигунів внутрішнього згоряння. Ця проблему вдалося вирішити завдяки зусиллям чудових хіміків, з яких на окрему згадку заслуговує Франц Фішер, директор Інституту кайзера Вільгельма з дослідження вугілля.
Так на світ з'явився знаменитий спосіб синтезу вуглеводнів з монооксиду вуглецю, званий з тих пір методом Фішера-Тропша. Завдяки цьому методу суміш водню і чадного газу в різних співвідношеннях може легко бути отримана як з кам'яного вугілля, так і з будь-якого іншого сировини, що містить вуглець. Отриману в результаті даного процесу суміш газів почали називати синтез-газом.
Склад синтез-газу
Також, крім даних речовин синтез-газ може містити й інші речовини - інертні гази (N2) і сірковмісні сполуки (H2S), якщо вихідна сировина містив сірку. Від не потрібного присутності в синтез-газі таких речовин як вуглекислий газ і сірка позбавляються шляхом очищення селективними розчинниками.
Способи отримання синтез-газу
Першим відомим людству способом отримання синтез-газу була газифікація кам'яного вугілля. Даний спосіб був здійснений в Англії ще в 30-ті роки XIX століття, і в багатьох країнах світу до 50-х років XX століття. Згодом дана методика була витіснена методами, заснованими на використанні нафти і природного газу. Однак у зв'язку з істотним скороченням світових нафтових ресурсів, значення процесу газифікації кам'яного вугілля знову почала зростати. До того ж, завдяки такому необхідного процесу як переробка ТПВ. вчені навчилися видобувати синтез-газ з нових, нетрадиційних джерел.
Сьогодні існують три основні методи отримання синтез-газу.
1. Газифікація вугілля. Даний процес заснований на взаємодії кам'яного вугілля з водяною парою і відбувається за формулою:
Дана реакція є ендотермічний, і рівновагу при температурі 900-1000 за шкалою Цельсія зсувається вправо. Розроблено різні технологічні процеси, що використовують парокислородное дуття, завдяки якому поряд зі згаданою реакцією паралельно протікає екзотермічна реакція згоряння вугілля, яка забезпечує необхідний тепловий баланс. Її формула:
2. Конверсія метану. Дана реакція взаємодії водяної пари і метану проводиться при підвищеній температурі (800-900 градусів) і тиску при присутності нікелевих каталізаторів (Ni-Al2O3). Формула даного процесу:
CH4 + H2O → CO + 3H2.
Також в якості сировини в даному способі замість метану можна використовувати будь-яку сировину, що містить вуглеводень.
3. Парціальний окислення вуглеводнів. Даний процес, що відбувається при температурах вище 1300 градусів полягає в термічному окисленні вуглеводнів. Формула даної реакції:
CnH2n + 2 + 1 / 2nO2 → nCO + (n + 1) H2.
Даний метод можна застосовувати до будь-якого сировини, що містить вуглеводні але найбільш часто використовується висококипляча фракція нафти - мазут.
Виробництво синтез-газу
Сьогодні виробництво синтез-газу постійно вдосконалюється, оскільки затребуваність даної сировини незмінно зростає з кожним роком. В даний час вченими розробляються проекти підземної газифікації вугілля, тобто планується, що отримання синтез-газу буде відбуватися безпосередньо в пласті вугілля глибоко під землею. Цікавим є той факт, що подібну ідею вже висловлював відомий російський вчений Д.І. Менделєєв, причому більше 150 років тому.
Також завдяки сучасним розробкам сьогодні синтез-газ навчилися отримувати газифікацією не тільки вугілля і нафти, але і більш нетрадиційних джерел вуглецю, аж до побутових і сільськогосподарських відходів. Таким чином, сьогодні сміттєпереробні заводи здатні добувати таке цінну сировину як синтез газ в процесі утилізації відходів.
Застосування синтез-газу
Сьогодні синтез-газ використовується в хімічній промисловості для одержання різної сировини. Крім цього, він також використовується в якості екологічно чистого джерела тепла і енергії. Спалюючи синтез-газ можна отримати досить велику кількість тепла, яке можна використовувати в самих різних цілях.
Крім цього, синтез газ використовується в якості вихідної сировини для метилового спирту і синтетичного рідкого палива, яке за своїми характеристиками ні в чому не поступається традиційному.