Mikä on SynGas?

By Kris WalkerFeb 26 2013

”Syngas” eli ”synteesikaasu” on yhdistelmä vetyä, hiilimonoksidia, pieniä määriä hiilidioksidia ja muita hivenkaasuja. Syngas on tavallisesti peräisin raaka-aineista, jotka sisältävät hiiltä, kuten biomassasta, maakaasusta, raskaasta öljystä ja hiilestä. Synteettisen maakaasun luomisessa ja metanolin tai ammoniakin tuottamisessa.

Synkaasua syntyy hiiltä sisältävän polttoaineen kaasutuksen tuloksena kaasumaiseksi tuotteeksi, jolla on lämmitysarvoa. Jos synkaasu sisältää typpeä, se on erotettava, koska sekä typellä että hiilimonoksidilla on samanlaiset kiehumispisteet ja puhdasta hiilimonoksidia on vaikea saada talteen kryogeenisen käsittelyn avulla.

Synkaasun energiatiheys on 50 % maakaasun energiatiheydestä, joten sitä voidaan polttaa ja käyttää polttoaineen lähteenä. Synkaasun jalostaminen ennen käyttöä mahdollistaa hiilidioksidin poistamisen raakakaasusta, mikä mahdollistaa hiilidioksidin käytön öljyn talteenoton tehostamisprosesseissa.

Synkaasun tuotanto

Synkaasun tuotantoon kuuluvat seuraavat vaiheet:

Kuumennusvaihe

Ensimmäinen vaihe on kaasutus, termokemiallinen prosessi, jossa hiilirikkaat raaka-aineet, kuten petrokoksi, biomassa tai hiili, muutetaan kaasumaiseksi yhdisteeksi, joka koostuu hiilimonoksidista ja vedystä korkeassa lämpötilassa, korkeassa paineessa ja hapen puutteessa.

Erittäin korkeat kaasutuslämpötilat, tavallisesti 800-1500 °C (1472-2732 °F), saavutetaan ulkoisen lämmönlähteen avulla tai raaka-aineen osittaisella hapettumisella, joka vapauttaa lämpöä.

Reaktiovaihe

Raaka-aine reagoi kaasutuksen aikana hiilidioksidin, vesihöyryn ja hapen kanssa. Reaktio käynnistyy happirikkaiden materiaalien osalta termisellä hajoamisella.

Prosessivirta synkaasun tuottamiseksi kaasuttamalla biomassaa – Image Credits: www.iprt.iastate.edu

Puhdistamisvaihe

Gasifikaatiovaiheessa saatava kaasu on raakakaasua, joka ei ole riittävän puhdasta käytettäväksi. Puhdistusprosessi suoritetaan epäpuhtauksien, kuten tuhkan, tervan, rikkiyhdisteiden, metaanin, vesihöyryn ja hiilidioksidin poistamiseksi. Vedyn ja hapen suhdetta säädetään puhdistuksen jälkeen synteesiprosessien käyttökohteiden mukaan.

Katalyyttinen vaihe

Metalleja, kuten rautaa, mangaania, kobolttia, kuparia ja uusia kompleksisia molekyylejä muodostuu, kun synkaasu on kosketuksissa erilaisten katalyyttien kanssa. Tutkijat kokeilevat useita katalyyttejä löytääkseen uusia tapoja luoda jo olemassa olevia molekyyliyhdistelmiä. Näin synkaasusta voidaan luoda ympäristöystävällisiä polttoaineita.

Synkaasun puhdistus ja ilmastointi

Kaasutusprosessista saatu raakasynkaasu on puhdistettava epäpuhtauksien, kuten elohopean, kloridien, ammoniakin, rikin, pienhiukkasten ja muiden raskasmetallien hivenaineiden eliminoimiseksi, jotta voidaan suojella tuotantoketjun loppupäässä olevia prosesseja ja täyttää ympäristöpäästöjä koskevat määräykset.

Synkaasua voidaan ilmastoida vety-hiilimonoksidisuhteen säätämiseksi tuotantoketjun loppupäässä olevan prosessin sovellutuksen perusteella.

Tyypillisiä synkaasun puhdistus- ja ilmastointiprosesseja ovat muun muassa seuraavat:

• Bulkkihiukkasten poistaminen syklonin ja suodattimien avulla
• Märkäpesu kloridien poistamiseksi, ammoniakin ja pienhiukkasten poistamiseksi
• Raskasmetalli- ja elohopeajälkien poistamiseksi kiinteiden absorbenttien avulla
• Vesikaasunsiirto vedyn ja hiilimonoksidin suhteen säätämiseksi
• Katalyyttinen hydrolyysi karbonyylisulfidin muuntamiseksi rikkivedyksi
• Happokaasun poisto rikkipitoisten kaasujen ja hiilidioksidin erottamiseksi.

Synkaasun fermentointi

Synkaasun fermentointi on mikrobiprosessi, jossa synkaasua käytetään hiilen ja energian lähteenä ja muunnetaan sitten kemikaaleiksi ja polttoaineiksi mikro-organismien avulla. Metaani, voihappo, etikkahappo, butanoli ja etanoli ovat synkaasukfermentaation päätuotteita.

Kemikaalien ja polttoaineiden tuotantoon osallistuvat asetogeenit, kuten Clostridium carboxidivorans, Eurobacterium limosum, Butyribacterium methylotrophicum ja Peptostreptococcus-tuotteet.

Synkaasun fermentointiprosessin tärkeimpiä etuja ovat muun muassa seuraavat:

• korkea reaktiospesifisyys
• matala lämpötila ja paine
• ei vaadi tiettyä hiilidioksidin ja hiilidioksidin suhdetta H2:n välillä
• Toleroi yhdisteitä, joilla on korkea rikkipitoisuus.

Synkaasun fermentoinnilla on kuitenkin tiettyjä rajoituksia, kuten organismien inhibitio, alhainen volumetrinen tuottavuus ja kaasun ja nesteen välisen aineensiirron rajoitus.

Sovellukset

Synkaasua voidaan käyttää monenlaisten lannoitteiden, polttoaineiden, liuottimien ja synteettisten materiaalien tuottamiseen. Muutamia esimerkkejä ovat seuraavat:

• Höyry käytettäväksi turbiinimoottoreissa sähköntuotannossa
• Typpi käytettäväksi paineistusaineina ja lannoitteina
• Vety sähköntuotannossa, käyttö jalostusteollisuudessa, jotta raakaöljystä saadaan enemmän dieseliä ja bensiiniä, ja monissa erilaisissa vetykäsittelyreaktioissa, joissa vetyä lisätään tyydyttymättömiin hiilivetyihin
• Ammoniakki käytettäväksi lannoitteina ja muovien, kuten polyuretaanin ja nailonin, valmistuksessa.
• Metanoli muovien, hartsien, lääkkeiden, liimojen ja maalien valmistukseen sekä polttoaineiden komponenttina.
• Hiilimonoksidi käytettäväksi kemianteollisuuden raaka-aineissa ja polttoaineissa
• Rikki käytettäväksi alkuainerikkinä kemianteollisuudessa
• Mineraalit ja kiinteät aineet käytettäväksi kuonana tienpohjissa.

Production SynGas using Steam Reformer – Run Time – 3.00mins

Spurces and Further Reading

• What is Syngas – Biofuel.Org
• Syngas Cleanup and Conditioning – NETL
• SynGas using Steam Reformer

Kirjoittanut

Kris Walker

Krisillä on kandidaatin tutkinto (BA(hons)) mediassa & Performanssista Salfordin Yliopistossa. Sen lisäksi, että Kris valvoo toimitus- ja videotiimejä, hänet voi tavata maailman kaukaisista kolkista kuvaamassa tarinaa tieteen takana asiakkaidemme puolesta. Työn ulkopuolella Kris näkee vihdoin vastinetta 25 vuoden loukkaantuneelle Manchester Cityn tukemiselle.

Sitaatit