Gas de síntesis El gas de síntesis o Sintegas (Syngas, en inglés) es un combustible gaseoso obtenido a partir de sustancias ricas en carbono (hulla hulla,,carbón carbón,, coque coque,, nafta nafta,, biomasa biomasa)) sometidas a un proceso químico a alta temperatura. Contiene cantidades variables de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2).
Planta de gasificación de carbón en enTampa Tampa,, para producir hidrógeno y electricidad. Contenido [ocultar ocultar]]
1 Métodos de producción 2 Utilización del gas de síntesis 3 Tratamiento posterior del gas de síntesis 4 Véase también 5 Enlaces externos 6 Referencias
[editar editar]]Métodos
de producción 1
Según los diferentes métodos de producción producción puede recibir diferentes nombres.
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Gas de alumbrado o gas de hulla: Se produce por pirólisis pirólisis,, destilación o pirogenación de la hulla hulla en ausencia de aire y a alta temperatura (1200-1300 °C), o bien, por pirólisis dellignito del lignito a baja temperatura. En estos casos se obtiene obti ene coque (hulla) o semicoque (lignito) como residuo, que se usa como combustible aunque no sirve para la industria del hierro. Este gas fue utilizado como combustible para el alumbrado públic o (luz de gas) a finales delsiglo delsiglo XIX y comienzos del siglo XX. XX. Contiene un 45 % dehidrógeno dehidrógeno,, 35% de metano metano,, 8 % de monóxido de carbono y otros gases en menor proporción.
Gas de coque o gas de coquería: Se obtiene por calentamiento intenso y lento de la hulla (hulla grasa) con una combinación de aire y vapor, a alta temperatura, en las coquerías. Aparte del coque sólido fabricado, de gran interés para la industria siderúrgica y lasíntesis lasíntesis de acetileno acetileno,, se forma un gas que contiene hidrógeno, monóxido de carbono, 3
nitrógeno y dióxido de carbono). carbono).
Generador de gas a partir de fuel-oil.
Gas de generador de gasógeno o gas de aire: Se obtiene haciendo pasar aire a través de una capa gruesa de gránulos de carbón o de coque incandescente. A mayor temperatura, mayor proporción de monóxido de carbono y menor 4
proporción de dióxido de carbono. Tiene escaso poder calorífico, mucho menor que el gas de agua, debido principalmente a la dilución con el nitrógeno atmosférico.
Gas de agua: Se obtiene haciendo pasar vapor de agua sobre coque a alta temperatura. Su llama es de color azul por lo que también se llama gas azul. Este gas se puede transformar en metanol o alcanos, empleando 5
catalizadores heterogéneos apropiados. Esta reacción es fuertemente endotérmica por lo que requiere temperaturas muy altas.
Gas pobre: Se obtiene haciendo pasar alternativamente vapor de agua y aire sobre carbón incandescente (alternancia de chorros de vapor y aire), y es una mezcla de los dos métodos 6
anteriores. Cuando el lecho de coque se ha enfriado a una temperatura a la que la reacción endotérmica ya no puede continuar, el vapor de agua es reemplazado por un chorro de aire. La formación inicial de dióxido de carbono (exotérmica) aumenta la temperatura del lecho de coque y va seguida por la reacción endotérmica en la que este (CO2) se convierte en monóxido de carbono (CO). La reacción global es exotérmica, originando "gas pobre". El oxígeno puro puede sustituir al aire para evitar el efecto de dilución, y en este caso el poder calorífico es más alto.
Gas de agua carburado: Se obtiene mezclando gas de agua con petróleo gasificado en un carburador. 6
Posee un poder calorífico más alto que los anteriores.
Gas ciudad: Se obtiene a partir de la oxidación de petróleo o algún derivado (fuel-oil, nafta) mediante vapor de agua y aire. Se debe eliminar el azufre para evitar la corrosión, y también el monóxido de carbono por su toxicidad. Ha sido reemplazado por el gas natural y los gases licuados del petróleo (GLP, como butano o propano) para todo tipo de fines, pues éste posee un poder calorífico doble. A veces se llama gas ciudad a cualquier gas de síntesis producido para abastecer el consumo doméstico y distribuido mediante redes de tuberías, ya sea obtenido a partir de carbón o de petróleo.
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Gas natural sintético o gas de síntesis: Combustible que se fabrica a partir del carbón, del petróleo o de sus derivados, por métodos modernos, distintos de los procesos clásicos ya comentados:
Reformado de gas natural con vapor de agua.
Reformado de hidrocarburos líquidos para producir hidrógeno.
Gasificación del carbón, de la biomasa, y de algunos tipos de residuos en instalaciones de
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gasificación. Gasificación integral en ciclo combinado
[editar]Utilización
del gas de síntesis
El nombre gas de síntesis proviene de su uso como intermediario en la creación de gas natural sintético 9
(GNS) y para la producción de amoníaco o metanol. El gas de síntesis también se utiliza como producto intermedio en la producción de petróleo sintético, para su uso como combustible o lubricante a través de la síntesis de Fischer-Tropsch, y previamente al proceso Mobil para convertir metanol engasolina. El gas de síntesis está compuesto principalmente de hidrógeno, monóxido de carbono, y muy a menudo, algo de dióxido de carbono. Posee menos de la mitad de densidad de energía que el gas natural. Se ha empleado y aún se usa como combustible o como producto intermedio para l a producción de otros productos químicos. Cuando este gas se utiliza como producto intermedio para la síntesis industrial de hidrógeno a gran escala (utilizado principalmente en la producción de amoniaco), también se produce a partir de gas natural (a través de la reacción de reformado con vapor de agua) como sigue:
Con el fin de producir más hidrógeno a partir de esta mezcla, se añade más vapor y así se produce el desplazamiento de la reacción del gas de agua:
El hidrógeno debe separarse del CO2 para poder usarlo. Esto se realiza principalmente por adsorción por oscilación de presión (PSA), limpieza de las aminas producidas y el empleo de reactores de membrana. El gas de síntesis producido en las grandes instalaciones para la gasificación de residuos puede ser utilizado para generar electricidad. Los procesos de gasificación de carbón se utilizaron durante muchos años para la fabricación de gas de alumbrado (gas de hulla) que alimentaba el alumbrado de gas de las ciudades y en cierta medida, la calefacción, antes de que la iluminación eléctrica y la infraestructura para el gas natural estuvieran disponibles.
Aplicaciones del gas de síntesis.
[editar]Tratamiento
posterior del gas de síntesis
El gas de síntesis puede ser utilizado en el proceso Fischer-Tropsch para producir diésel, o convertirse en metano y en dimetiléter en procesos catalíticos. Si el gas de síntesis es tratado posteriormente mediante procesoscriogénicos para su licuación, debe tenerse en cuenta que esta tecnología tiene grandes dificultades en la recuperación del monóxido de carbono puro si están presentes volúmenes relativamente grandes denitrógeno, debido a que el monóxido de carbono y el nitrógeno poseenpuntos de ebullición muy similares que son 191,5 ° C y -195,79 ° C, respectivamente. Algunas tecnologías de procesado eliminan selectivamente el monóxido de carbono por complejación / descomplejación del monóxido de carbono con cloruro de aluminio cuproso (CuAlCl4), disuelto en un líquido orgánico como el tolueno. El monóxido de carbono purificado puede tener una pure za superior al 99%, lo que lo convierte en una buena materia prima para la industria química. El gas residual del sistema puede contener dióxido de carbono, nitrógeno, metano, etano e hidrógeno. Dicho gas residual puede ser procesado en un sistema de adsorción por oscilación de presión para eliminar el hidrógeno, y este hidrógeno puede ser recombinado en la proporción adecuada junto con monóxido de carbono para la producción catalítica de metanol, diésel por elproceso de Fischer-Tropsch, etc. La purificación criogénica (condensación fraccionada), que requiere mucha energía, no es muy adecuada para la fabricación de combustible, simplemente porque la ganancia de energía neta es muy reducida.
Gas de síntesis El "gas de sístesis" son la diversas mezclas de monóxido de carbono e
hidrógeno que se emplean para fabricar productos químicos. La forma más habitual de obtenerlo es a partir de metano, aunque también puede obtenerse con facilidad a partir de etano, propano o butano. La reacción a conseguir cuando se utiliza el metano es:
La aplicación más importante del gas de síntesis es la preparacion de amoniaco (NH3) mediante el proceso de Haber :
El amoniaco y sus sales inorgánicas son los fertilizantes nitrogenados de mayor importancia. A partir del amoniaco se obtienen la urea y la melamina. La urea reacciona con formaldehido produciendo resinas duroplásticas de urea-formaldehido. La melamina reacciona con formaldehido para dar resinas duroplásticas de melaminaformaldehido. Las resina de melamina-formaldehido se emplea para la capa superior de laminados como la "formica" y en recubrimientos industriales. Tanto la resina de urea-formaldehido como la de melamina-formaldehido de emplean también en tratamientos textiles, tratamiento del papel, adhesivos y polvos para moldeado. El amoniaco se puede oxidar a ácido nítrico que se utiliza para obtener diferentes compuestos nitrogenados. Casi todos los explosivos son compuestos nitrogenados. El amoniaco interviene en reacciones para la obtención de aminas y también se utiliza como disolvente. Después de la producción de amoniaco, la segunda aplicación en importancia del gas de síntesis es la obtención de metanol, la cual se realiza en dos pasos:
El metanol se usa fundamentalmente para la obtención de formaldehído
El metanol se emplea también en varios compuestos como: tereftalato de dimetilo para fibras de poliéster, metacrilato de metilo, acrilato de metilo, ftalato de dimetilo, cloruro de metilo y metilaminas. La mayor parte de la producción de formaldehído se utiliza para la obtención de resinas de fenol-formaldehído, urea-formaldehído y melamina-formaldehído. Además es la materia prima de resinas poliacetálicas como "Delrin " y "Zelcon". Los poliacetales son plásticos que se utilizan, fundamentalmente, en ingeniería. Del
formaldehído se obtiene, asimismo, pentaeritrol y combinado con acetileno producebutinodiol. Al combinarlo con amoniaco se obtiene hexametilentetramina.
COMPARACION DE LAS TECNOLOGIAS PARA LA GENERACION DE GAS (ALIMENTACION GAS NATURAL) VENTAJAS DESVENTAJAS TECNOLOGIA * Amplia experiencia industrial * La relación de H /CO baja es una 2 * No requiere oxígeno 1) SMR desventaja para las aplicaciones que * Requiere de temperaturas bajas para el (Reformado de metano por vapor) requieren relaciones mayores a 2.0 proceso * Mejor relación H /CO para las 2 * Temperaturas de operación en el aplicaciones de la producción de H 2 proceso son muy elevadas * generalmente requiere de O
2) Reformado por Intercambio de Calor
* Tamaño total compacto * La aplicación de la flexibilidad ofrece opciones adicionales para proveer incrementos en la capacidad.
2
* El calor recuperado de las altas temperaturas y la formación de hollí provoca complejidad en el proceso. * El contenido de metano en el gas d
3) Reformado en dos Etapas (SMR seguido por un reformador secundario de corrientes de oxígeno)
* El tamaño de SMR es más reducido * El contenido de CH en el gas de síntesis
síntesis es esencialmente bajo y no e
puede ser fijado ajustando la temperatura de salida del reformador secundario.
requerimientos corriente abajo.
4
La relación H /CO a menudo es favorable.
) ATR (Reformador Auto térmico)
2
* Se requieren procesos con temperaturas más bajas que POX (Oxidación Parcial). * El contenido de CH en el gas de síntesis 4
puede ser fijado ajustando la temperatura de salida del reformador.
5) POX (Reformado por Oxidación Parcial no catalítico)
* No requiere desulfurización de la alimentación * La ausencia de catalizador le permite la formación de carbono y por lo tanto la operación sin vapor y el contenido de CO en el gas de síntesis disminuirá 2
notablemente. * La relación H /CO es pequeña y se 2
presenta como una ventaja para las aplicaciones que requieren relaciones menores a 2.0
fácilmente modificado para cubrir lo
3. Proceso de Producción de Hidrógeno, Gas de Síntesis y Derivados 3.1. Producción de Hidrógeno 3.1.1. Importancia de la producción de hidrógeno en los procesos químicos. Fuentes de producción de hidrógeno. 3.1.2. Reformación con vapor (Steam Reforming) de Gas natural (metano). Proceso de purificación de gas natural. Proceso de Reformación primaria y secundaria de gas natural. Descripción de proceso. Tipos y diseño de hornos y reactores. Termodinámica de las reacciones de reformado con vapor de metano. Efecto de la relación agua/metano en el control de proceso. 3.1.3. Procesos de purificación de hidrógeno: Desplazamiento de agua, remoción de dióxido de carbono y metanación, Absorción por compresión-descompresión (Pressure Swing Absorption, PSA). Uso de hidrógeno para la producción de amoníaco. 3.3. Producción de Metanol 3.3.1. Propiedades físicas y químicas del metanol. Importancia de la producción de metanol. Uso industrial del metanol. 3.3.2. Proceso de Síntesis de Metanol. Descripción y condiciones de proceso. Tipos y diseño de reactores. Proceso de destilación de metanol. Termodinámica de las reacciones de gas de síntesis a metanol. Catalizadores comerciales para la síntesis de metanol. Efectos de impurezas. 3.4. Producción de Amoníaco 3.4.1. Usos petroquímicos del amoníaco. 3.4.2. Propiedades físicas y químicas del Amoníaco.
3.4.3.
Proceso de Síntesis de Amoníaco. Descripción y condiciones de proceso. Tipos y diseño de reactores. Termodinámica de las reacciones de gas de síntesis a amoníaco. Catalizadores comerciales para la síntesis de amoníaco. Efectos de impurezas. 3.4.4. Cinética de la producción de amoníaco. Efecto de la velocidad espacial, presión y temperatura. Efecto de la presencia de gases inertes.
3.5. Producción de Urea 3.5.1. Usos petroquímicos de la urea. 3.5.2. Propiedades físicas y químicas de la urea. 3.5.3. Proceso de síntesis de la urea. Descripción y condiciones de proceso. Tipos y Termodinámica de la reacciones de producción de urea. Efectos de impurezas.
diseño de reactores.
