Sintetski plin
Sintetski plin(engl.syngas),sintezni plin,vodeni pliniliplavi plinjeplinkoji služi kaosirovinau industriji sintezeorganskih spojeva,kaogorivokodzavarivanja,proizvodnjestaklai u drugim industrijama gdje je potrebno razviti visokutemperaturu.Sintetski plin se proizvodi tako da sevodena paraprevodi preko užarenogugljenailikoksa.Sastoji se uglavnom odugljikovog monoksida(CO) ivodika(H2), onečišćenih s malim količinamaCO2,N2,CH4,iO2.
- C(krutina)+ H2O(plin)˂=˃ CO(plin)+ H2(plin)
Sintetski plin je produkt postupkarasplinjavanjatijekom kojega se pri povišenoj temperaturi u reaktor s gorivom bogatimugljikomdovodi sredstvo za rasplinjavanje (npr.kisik,vodena para,zrakiliugljikov dioksid), a produkt su ugljikov monoksid i vodik, koji se mogu upotrijebiti za sintezu različitih tekućihugljikovodikanekom varijantomFischer-Tropschovog postupka,izugljena,prirodnog plinailibiomase.Sintetski plin je dakle smjesa ugljikova monoksida i vodika u raznim omjerima, najčešće CO/H2= 1/2. Izravno najviše služi za dobivanjemetanola(CO/H2= 1/2), zatim u procesima hidroformilacije (okso-alkoholi,CO/H2 = 1/1) kao i za dobivanje smjesâ ugljikovodika Fischer-Tropschovim postupkom (CO/H2 = 2/1). Također, može se razdvojiti u sastavnice, vodik i ugljikov monoksid. Vodik najviše služi za proizvodnjuamonijaka(N2/ H2= 1/3) i urafinerijskoj preradbi nafte,dok se izdvojeni ugljikov monoksid najviše upotrebljava u procesima karbonilacije (octena kiselina,polikarbonati, diizocijanati).[1]
Sastav sintetskog plina izravno ovisi osirovini,s tim da je najveći prinos navodikupri preradbimetana.Tri su temeljna postupka dobivanja: parno reformiranje, djelomična (parcijalna) oksidacija i uplinjavanje ugljena.
Parno reformiranje jekatalitičkiproces, jednostavan i ekonomičan, koriste se samo "lake" sirovine, ponajprijemetanCH4i u manjem obimu primarnibenzin,tevodena para:
- CH4+ H2O → CO + 3 H2
Sirovini je potrebno prethodno ukloniti katalitičke otrove (sumpor< 1mg/kg). To je endotermnakemijska reakcijauz heterogene katalizatore (nikal/ Al2O3+ MgO), pri visokoj temperaturi od 700 do 800ºCitlakuoko 20bara.
Djelomična (parcijalna) oksidacija koristi "teške" sirovine: loživo ulje, ostatci destilacije nafte,nafta;koji sadrže velike udjelesumporovihspojeva (od 3 do 4%), pa njihovo prethodno uklanjanje nije ekonomično. Stoga se postupak provodi bezkatalizatora,pri visokim temperaturama (od 1200 do 1500 ºC) i tlaku od 30 do 80 bara.
Temeljne reakcije su:
- djelomičnaoksidacija(ΔH = – )
- CnHm+ n/2 O2= n CO + m/2 H2
- reakcija hidratacije (ΔH = +)
- CnHm+ n H2O = n CO + (n +m/2) H2
Reakcijomugljenasvodenom parompri visokimtemperaturamanastaje sintetski plin (vodeni plin). To je nekad bio najzastupljeniji postupak dobivanja sintetskog plina (do 1960.). Dio ugljena (od 30 do 40%) u potpunosti izgara (zato se postupak provodi uz smjesu O2/H2O = 1/1), što osigurava reakcijskutoplinuza endotermnu reakciju nastajanja smjese CO/H2:
- C + H2O → CO + H2
- C + O2→ CO2
∆H°298 = -393,5 kJ/mol
- CO2+ C → 2 CO
∆H°298 = 172,5 kJ/mol
Endotermna reakcijarasplinjavanja(plinofikacije)ugljenazahtijeva veliki utrošakenergijepotrebne za temeljnu reakciju, a također je potrebna i vrlo visoka temperatura (od 900 do 1000 ºC) za odgovarajuću ukupnu brzinu reakcije, što se osigurava spaljivanjem ugljena. Premda je cijena sirovine, ugljena, prema drugim sirovinama relativno niska, postupak je ekonomičan samo uz vrlo velike proizvodne kapacitete i istodobne primjene "na licu mjesta" (uznuklearne elektrane,ugljenokopiuJužnoafričkoj Republici- "Sasol postupak" ).
Fischer-Tropschov postupakjestindustrijskametoda dobivanjaugljikovodikaizugljikova monoksidaivodika(sintetski plin). Postupak, razvijen 1933. suNijemciprimijenili za dobivanjemotornihgorivauDrugom svjetskom ratu.Naziv je dobio po njemačkom kemičaru Franzu Fischeru (1852. – 1932.) i češkom kemičaru Hansu Tropschu (1839. – 1935.). Vodik i ugljikov monoksid miješaju se u omjeru 2:1 i prevode pri temperaturi od 200 °C prekoniklailikobaltakaokatalizatora.Dobivena smjesa ugljikovodika može se razdijeliti udizelskuibenzinskufrakciju. Usavršenim Fischer-Tropschovim postupkom proizvodi sesintetički benzinuJužnoafričkoj Republici,dvama postupcima, tzv. "Sasol" i "Synthol postupcima", a sintetski plin se dobiva odugljenailiprirodnog plina.[2]
Biogoriva druge generacijedobivaju se preradompoljoprivrednogišumskogotpada.Za razliku od prve generacije,biogorivaove generacije znatno bi mogla smanjitiemisiju ugljikovog dioksidaCO2,a uz to ne koriste izvorehranekao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji radmotora.Biogoriva druge generacije koja su trenutačno u proizvodnji su:celulozni etanol,biovodik (biohidrogen), biometanol, biodimetileten (bio – DME), dimetilformamid (DMF), HTU dizel (engl.HydroThermalUpgrading), Fischer–Tropsch dizel i mješavine alkohola. Iz sintetskog plina (biogoriva) mogu se dobiti celulozni etanol, biovodik, biometanol, biodimetileten, Fischer–Tropsch dizel ili mješavine alkohola.[3]