Gassificazione del carbone

Impianto di gassificazione del carbone nelle miniere di Laluque in costruzione

Impianto di gassificazione del carbone Laluque

La gassificazione del carbone è la conversione del carbonio (C) in composti gassosi infiammabili, in particolare gas d'acqua ( gas di sintesi ), gas di generazione e gas di città .

storia

Antoine Laurent de Lavoisier utilizzava già la gassificazione del carbone per produrre gas d'acqua. All'inizio del XIX secolo, l'industria inglese del gas di carbone sviluppò processi per la gassificazione del carbone. Il primo generatore è stato costruito nel 1840. 1854 fu quindi introdotto un processo, l'idrogeno ottenuto dalla reazione di spostamento del gas dell'acqua del monossido di carbonio per separare facendo reagire il monossido di carbonio con vapore in eccesso ad anidride carbonica convertita. La gassificazione del carbone è diventata importante all'inizio del XX secolo quando è aumentata la domanda di gas di sintesi . Il processo Winkler è stato sviluppato negli anni '20 e il processo Lurgi negli anni '30, utile per l' industria del gas della città . All'inizio degli anni '50 fu messo in funzione il primo reattore Koppers-Totzek , che consentì la gassificazione della polvere di carbone con l'aria. Non sono state attuate considerazioni per l'uso di reattori nucleari ad alta temperatura come fornitore di calore di processo per la gassificazione del carbone.

uso

Il gas di città è stato utilizzato principalmente per l'illuminazione stradale e per l'illuminazione interna di grandi edifici nel XIX secolo. Numerose città hanno costruito opere a gas per produrre gas di città dal carbone. Il coke prodotto dal degasaggio carbone è stato riutilizzato nel settore siderurgico e anche come combustibile. Solo all'inizio del XX secolo il gas di città è stato utilizzato anche per riscaldare e cucinare. Dagli anni '60 in poi è stato progressivamente sostituito dal gas naturale . Oltre alla precedente produzione di gas di città, la gassificazione del carbone era o è significativa per l'uso nelle centrali elettriche, per l'industria chimica (gas di sintesi) e per l'industria siderurgica.

Acqua gas

Sulla reazione endotermica :

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ H_ {2} O \ \ longrightarrow \ CO \ + \ H_ {2}} \ qquad \ Delta H_ {R} = + 131 \ \ mathrm {kJ / mol} \,}$

Dal carbone, precedentemente riscaldato mediante combustione in aria, e vapore acqueo, il cosiddetto gas d' acqua, si crea una miscela di monossido di carbonio e idrogeno . È una reazione di equilibrio .

Questa reazione fu scoperta da Felice Fontana nel 1780 .

Il gas risultante è noto anche come gas di sintesi o syngas, in quanto adatto alla sintesi di varie sostanze chimiche come il metanolo .

Gas del generatore (monossido di carbonio)

Il gas del generatore è prodotto dalla combustione incompleta del coke con l'aria. Qui il carbone, precedentemente riscaldato mediante combustione in aria, reagisce con l'anidride carbonica in una reazione di equilibrio ( equilibrio di Boudouard ) per formare monossido di carbonio.

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ O_ {2} \ \ longrightarrow \ CO_ {2}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {C \ + \ CO_ {2} \ \ longrightarrow \ 2 \ CO}}$

La reazione complessiva risulta come segue:

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ C \ + \ O_ {2} \ \ longrightarrow \ 2 \ CO}}$

Carboidrato

Durante l'idrogenazione dei carboidrati vengono prodotti idrocarburi di diversa lunghezza di catena:

${\ displaystyle \ mathrm {m \ C \ + \ n \ H \ \ longrightarrow \ C_ {m} H_ {n}}}$

A seconda della lunghezza della catena, i prodotti di reazione sono gassosi ( metano , etano , propano , butano ) o liquidi ( alcani superiori , che vengono utilizzati, ad esempio, nella benzina e nel gasolio ). Nel caso dei prodotti liquidi si parla di liquefazione del carbone .

Conversioni

Qui, i gas vengono generati in reazioni secondarie dai prodotti della gassificazione del carbone.

Conversione in idrogeno:

${\ displaystyle \ mathrm {CO \ + \ H_ {2} O \ \ longrightarrow \ CO_ {2} \ + \ H_ {2}} \ qquad \ Delta H_ {R} = - 42,3 \ \ mathrm {kJ / mol} \,}$

Conversione a metano:

${\ displaystyle \ mathrm {CO \ +3 \ H_ {2} \ \ longrightarrow \ CH_ {4} \ + \ H_ {2} O} \ qquad \ Delta H_ {R} = - 206 \ \ mathrm {kJ / mol } \,}$

Processo di gassificazione

Per la gassificazione del carbone sono stati sviluppati diversi processi di gassificazione, che tengono conto delle diverse esigenze dei materiali in ingresso (carbon fossile, lignite), della granularità dei materiali in ingresso e dei prodotti finali desiderati. In generale si distingue tra gassificatori a letto fisso, a letto fluido e a flusso trascinato. Questi sono:

• la General Electric - gassificazione a flusso trascinato (ex Texaco )
• la "gassificazione Winkler" o il "processo Winkler ad alta temperatura" (HTW) per l'utilizzo di lignite, torba, legno e fanghi di depurazione. Il generatore Winkler è stato sviluppato dal chimico Fritz Winkler alla BASF dal 1921 . È un gassificatore a letto fluido .
• il metodo Koppers-Totzek o Krupp-Koppers-Totzek (~ 1952) (carburatore a flusso trascinato)
• il processo PRENFLO di ThyssenKrupp Uhde GmbH (gassificazione a flusso trascinato )
• Gassificazione a flusso trascinato dal guscio
• il carburatore a flusso trascinato di gas E di ConocoPhillips
• la gassificazione in pressione a letto fisso Sasol - Lurgi (sviluppo dal ~ 1925)
• "BGL", gassificatore a pressione British Gas Lurgi (gassificatore a bagno di scoria), ad es. B. Parco industriale Black Pump
• il processo GSP (basato su Georg Bilkenroth e Erich Rammler ), sviluppato presso il German Fuel Institute di Freiberg e nella mietitrebbia Schwarze Pumpe (gassificatore a flusso trascinato, coke di lignite ad alta temperatura )
• processo allotermico a vapore (dal 1980)

Guarda anche

• Gassificazione del legno
• Altoforno
• Forno Siemens-Martin
• Equilibrio Boudouard
• Liquefazione del carbone
• Opere del gas di Augusta
• Fornitura di gas Lubecca
• Reazione di spostamento del gas dell'acqua

letteratura

• Werner Peters, Hans-Dieter Schilling: La gassificazione del carbone - basi e applicazioni, chimica nel nostro tempo , decimo anno 1976, n. 1, pp. 11-20, ISSN  0009-2851

link internet

• Gassificazione del carbone nell'officina del gas di Vienna-Simmering

Evidenze individuali

1. ↑ Edmond Marcotte: Chimie Industrielle - La carbonization des lignites a basse temperature aux Mines de Laluque (Landes). La Genie Civil, Samedi 13 marzo 1926.