Was ist SynGas?

Von Kris WalkerFeb 26 2013

‚Syngas‘ oder ‚Synthesegas‘ ist eine Kombination aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, geringen Mengen an Kohlendioxid und anderen Spurengasen. Normalerweise wird Syngas aus kohlenstoffhaltigen Rohstoffen wie Biomasse, Erdgas, Schweröl und Kohle gewonnen. Bei der Erzeugung von synthetischem Erdgas und der Herstellung von Methanol oder Ammoniak

Synthesegas entsteht durch Vergasung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffs zu einem gasförmigen Produkt, das einen Heizwert hat. Enthält Synthesegas Stickstoff, muss dieser abgetrennt werden, da sowohl Stickstoff als auch Kohlenmonoxid ähnliche Siedepunkte haben und es schwierig ist, reines Kohlenmonoxid durch kryogene Verarbeitung zu gewinnen.

Synthesegas hat 50 % der Energiedichte von Erdgas und kann daher verbrannt und als Brennstoff verwendet werden. Durch die Veredelung von Synthesegas vor der Verwendung kann CO2 aus dem Rohgas entfernt werden, was die Verwendung von CO2 in verbesserten Ölgewinnungsverfahren ermöglicht.

Herstellung von Synthesegas

Die Herstellung von Synthesegas umfasst die folgenden Phasen:

Die Erhitzungsphase

Der erste Schritt ist die Vergasung, ein thermo-chemischer Prozess, bei dem kohlenstoffreiche Ausgangsstoffe wie Petrolkoks, Biomasse oder Kohle unter hohen Temperaturen, hohem Druck und unter Sauerstoffmangel in eine gasförmige Verbindung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden.

Sehr hohe Vergasungstemperaturen, in der Regel zwischen 800 und 1500°C, werden mit Hilfe einer externen Wärmequelle oder durch partielle Oxidation des Einsatzmaterials unter Wärmeabgabe erreicht.

Die Reaktionsphase

Bei der Vergasung reagiert das Einsatzmaterial mit Kohlendioxid, Wasserdampf und Sauerstoff. Die Reaktion wird durch die thermische Zersetzung sauerstoffreicher Materialien ausgelöst.

Der Prozessablauf bei der Erzeugung von Synthesegas durch Vergasung von Biomasse – Bildnachweis: www.iprt.iastate.edu

Die Reinigungsphase

Das bei der Vergasung gewonnene Gas ist roh und nicht sauber genug, um es zu verwenden. Es wird ein Reinigungsprozess durchgeführt, um Verunreinigungen wie Asche, Teer, Schwefelverbindungen, Methan, Wasserdampf und Kohlendioxid zu entfernen. Das Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis wird nach der Reinigung je nach Verwendungszweck der Syntheseprozesse angepasst.

Die katalytische Phase

Metalle wie Eisen, Mangan, Kobalt, Kupfer und neue komplexe Moleküle werden gebildet, wenn das Synthesegas mit verschiedenen Katalysatoren in Kontakt kommt. Die Wissenschaftler experimentieren mit verschiedenen Katalysatoren, um neue Wege zu finden, bereits bestehende Molekülkombinationen zu erzeugen. Auf diese Weise ist es möglich, aus Synthesegas umweltfreundliche Kraftstoffe zu erzeugen.

Synthesegasreinigung und -konditionierung

Rohsynthesegas, das aus dem Vergasungsprozess gewonnen wird, muss gereinigt werden, um Verunreinigungen wie Quecksilber, Chloride, Ammoniak, Schwefel, Feinstaub und andere Schwermetallspuren zu beseitigen, um nachgeschaltete Prozesse zu schützen und die Vorschriften für Umweltemissionen zu erfüllen.

Synthesegas kann konditioniert werden, um das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid je nach nachgeschalteter Prozessanwendung anzupassen.

Zu den typischen Verfahren zur Reinigung und Konditionierung von Synthesegas gehören die folgenden:

• Entfernung von großen Partikeln mit Zyklonen und Filtern
• Nasswäsche zur Beseitigung von Chloriden, Ammoniak und Feinstaub
• Entfernung von Schwermetall- und Quecksilberspuren mit Hilfe fester Absorptionsmittel
• Wassergasverschiebung zur Einstellung des Verhältnisses von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid
• Katalytische Hydrolyse zur Umwandlung von Carbonylsulfid in Schwefelwasserstoff
• Entfernung von saurem Gas zur Extraktion von schwefelhaltigen Gasen und Kohlendioxid.

Syngas-Fermentation

Die Syngas-Fermentation ist ein mikrobielles Verfahren, bei dem Syngas als Kohlenstoff- und Energiequelle genutzt und dann mit Hilfe von Mikroorganismen in Chemikalien und Kraftstoffe umgewandelt wird. Methan, Buttersäure, Essigsäure, Butanol und Ethanol sind die Hauptprodukte der Synthesegasfermentation.

Acetogene wie Clostridium carboxidivorans, Eurobacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum und Peptostreptococcus sind an der Herstellung von Chemikalien und Kraftstoffen beteiligt.

Zu den wichtigsten Vorteilen des Syngas-Fermentationsprozesses gehören die folgenden:

• Hohe Reaktionsspezifität
• Niedrige Temperatur und Druck
• Erfordert kein spezifisches Verhältnis von CO zu H2
• Verbindungen mit hohem Schwefelgehalt tolerieren.

Die Synthesegasfermentation hat jedoch bestimmte Einschränkungen wie die Hemmung von Organismen, eine geringe volumetrische Produktivität und eine Begrenzung des Gas-Flüssigkeits-Massentransfers.

Anwendungen

Synthesegas kann zur Herstellung einer breiten Palette von Düngemitteln, Kraftstoffen, Lösungsmitteln und synthetischen Materialien verwendet werden. Einige Beispiele sind folgende:

• Dampf zur Verwendung in Turbinenantrieben zur Stromerzeugung
• Stickstoff zur Verwendung als Druckmittel und Düngemittel
• Wasserstoff zur Stromerzeugung, Verwendung in der Raffinerieindustrie zur Gewinnung von mehr Diesel und Benzin aus Rohöl und für eine Vielzahl von Hydrierungsreaktionen, bei denen Wasserstoff zu ungesättigten Kohlenwasserstoffen hinzugefügt wird
• Ammoniak zur Verwendung als Düngemittel und zur Herstellung von Kunststoffen wie Polyurethan und Nylon.
• Methanol für die Herstellung von Kunststoffen, Harzen, Arzneimitteln, Klebstoffen, Farben und auch als Bestandteil von Kraftstoffen.
• Kohlenmonoxid zur Verwendung in Rohstoffen und Brennstoffen der chemischen Industrie
• Schwefel zur Verwendung als elementarer Schwefel für die chemische Industrie
• Mineralien und Feststoffe zur Verwendung als Schlacke für Straßenbeläge.

Produktion von Syngas mit einem Dampfreformer – Laufzeit – 3.00min

Hinweise und weiterführende Literatur

• Was ist Syngas – Biokraftstoff.Org
• Syngasreinigung und -aufbereitung – NETL
• SynGas mit Dampfreformer

Geschrieben von

Kris Walker

Kris hat einen BA(hons) in Media & Performance von der University of Salford. Neben der Leitung der Redaktions- und Videoteams ist Kris in den entlegensten Winkeln der Welt anzutreffen, wo sie im Auftrag unserer Kunden die Geschichte hinter der Wissenschaft festhält. Außerhalb der Arbeit sieht Kris endlich eine Rendite für 25 Jahre verletzte Unterstützung von Manchester City.

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