Definition och användning av vattengas

Vattengas är ett förbränningsbränsle som innehåller kolmonoxid (CO) och vätgas (H₂). Vattengas tillverkas genom att ånga passerar över uppvärmda kolväten. Reaktionen mellan ånga och kolväten producerar syntesgas. Vatten-gasskiftreaktionen kan användas för att minska koldioxidnivåerna och berika väteinnehållet, vilket gör vattengas. Vatten-gasskiftreaktionen är:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Historia

Vatten-gasskiftreaktionen beskrevs först 1780 av den italienska fysikern Felice Fontana. År 1828 producerades vattengas i England genom att blåsa ånga över vit-varm koks. 1873 patenterade Thaddeus S. C. Lowe en process som använde reaktionen mellan vatten och gas för att berika gasen med väte. I Lowes process sköt man ångtryck över varmt kol, med värme upprätthålls med skorstenar. Den resulterande gasen kyldes och skrubbetes före användning. Lowes process ledde till ökningen av gasstillverkningsindustrin och utvecklingen av liknande processer för andra gaser, till exempel Haber-Bosch-processen för att syntetisera ammoniak. När ammoniak blev tillgänglig steg kylindustrin. Lowe innehöll patent för ismaskiner och enheter som körde på vätgas.

Produktion

Principen för vattengasproduktion är enkel. Ångan tvingas över röd het eller vit varm kolbaserat bränsle, vilket ger följande reaktion:

H₂O + C → H₂ + CO (ΔH = +131 kJ / mol)

Denna reaktion är endoterm (absorberar värme), så värme måste tillsättas för att upprätthålla den. Det finns två sätt detta görs. Det ena är att växla mellan ånga och luft för att orsaka förbränning av lite kol (en exoterm process):

O₂ + C → CO₂ (ΔH = −393,5 kJ / mol)

Den andra metoden är att använda syregas snarare än luft, vilket ger kolmonoxid snarare än koldioxid:

O₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = −221 kJ / mol)

Olika former av vattengas

Det finns olika typer av vattengas. Sammansättningen av den resulterande gasen beror på processen som används för att göra den:

• Vattengas växlar reaktionsgas: Detta är namnet som ges till vattengas tillverkad med vatten-gasskiftreaktionen för att erhålla rent väte (eller åtminstone anrikat väte). Kolmonoxiden från den initiala reaktionen reageras med vatten för att avlägsna koldioxid, vilket bara lämnar vätgas.
• Halvvattengas: Halvvattengas är en blandning av vattengas och producentgas. Producentgas är namnet på bränslegas som härrör från kol eller koks, i motsats till naturgas. Halvvattengas tillverkas genom att samla gasen som produceras när ånga växlas med luft för att bränna koks för att upprätthålla en tillräckligt hög temperatur för att upprätthålla vattengasreaktionen.
• Förgasad vattengas: Förgasad vattengas produceras för att förbättra energivärdet för vattengas, vilket vanligtvis är lägre än kolgas. Vattengas förgasas genom att leda den genom en uppvärmd retort som har sprayats med olja.

Användning av vattengas

Vattengas som används i syntesen av vissa industriella processer:

• För att ta bort koldioxid från bränsleceller.
• Reagerade med producentgas för att göra bränslegas.
• Det används i Fischer-Tropsch-processen.
• Det används för att erhålla rent väte för att syntetisera ammoniak.