Definizione e usi del gas d'acqua

Il gas d'acqua è un combustibile comburente contenente monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H₂). Il gas d'acqua viene prodotto facendo passare vapore su idrocarburi riscaldati. La reazione tra vapore e idrocarburi produce gas di sintesi. La reazione di spostamento dell'acqua-gas può essere utilizzata per ridurre i livelli di anidride carbonica e arricchire il contenuto di idrogeno, producendo gas d'acqua. La reazione di spostamento dell'acqua-gas è:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Storia

La reazione di spostamento dell'acqua-gas fu descritta per la prima volta nel 1780 dal fisico italiano Felice Fontana. Nel 1828, il gas d'acqua fu prodotto in Inghilterra soffiando vapore attraverso coke rovente. Nel 1873, Thaddeus S.C. Lowe brevettò un processo che utilizzava la reazione di spostamento acqua-gas per arricchire il gas con idrogeno. Nel processo di Lowe, il vapore pressurizzato veniva sparato sul carbone caldo, con il calore mantenuto tramite i camini. Il gas risultante è stato raffreddato e lavato prima dell'uso. Il processo di Lowe ha portato alla crescita dell'industria manifatturiera del gas e allo sviluppo di processi simili per altri gas, come il processo Haber-Bosch per sintetizzare l'ammoniaca. Quando l'ammoniaca divenne disponibile, l'industria della refrigerazione aumentò. Lowe detiene brevetti per macchine e dispositivi per il ghiaccio funzionanti a gas idrogeno.

Produzione

Il principio della produzione di gas d'acqua è semplice. Il vapore viene forzato su combustibile a base di carbonio rovente o bianco-caldo, producendo la seguente reazione:

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

Questa reazione è endotermica (assorbe il calore), quindi è necessario aggiungere calore per sostenerlo. Ci sono due modi per farlo. Uno è quello di alternare vapore e aria per provocare la combustione di un po 'di carbonio (un processo esotermico):

O₂ + C → CO₂ (ΔH = −393,5 kJ / mol)

L'altro metodo consiste nell'utilizzare ossigeno gassoso anziché aria, che produce monossido di carbonio anziché anidride carbonica:

O₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = −221 kJ / mol)

Diverse forme di gas d'acqua

Esistono diversi tipi di gas d'acqua. La composizione del gas risultante dipende dal processo utilizzato per renderlo:

• Gas di reazione di spostamento del gas d'acqua: Questo è il nome dato al gas d'acqua prodotto usando la reazione di spostamento acqua-gas per ottenere idrogeno puro (o almeno idrogeno arricchito). Il monossido di carbonio dalla reazione iniziale viene fatto reagire con acqua per rimuovere l'anidride carbonica, lasciando solo l'idrogeno gassoso.
• Gas semi-acqua: Il gas semi-acqua è una miscela di gas d'acqua e gas di produzione. Il gas produttore è il nome del gas combustibile derivato dal carbone o dal coke, al contrario del gas naturale. Il gas semi-acqua viene prodotto raccogliendo il gas prodotto quando il vapore viene alternato con l'aria per bruciare il coke per mantenere una temperatura sufficientemente elevata da sostenere la reazione del gas d'acqua.
• Gas d'acqua carburato: Il gas di acqua carburato viene prodotto per migliorare il valore energetico del gas d'acqua, che è normalmente inferiore a quello del gas di carbone. Il gas d'acqua viene carburato facendolo passare attraverso una storta riscaldata che è stata spruzzata con olio.

Usi del gas d'acqua

Gas d'acqua utilizzato nella sintesi di alcuni processi industriali:

• Per rimuovere l'anidride carbonica dalle celle a combustibile.
• Reagito con il gas di produzione per produrre gas combustibile.
• È utilizzato nel processo Fischer-Tropsch.
• È usato per ottenere idrogeno puro per sintetizzare l'ammoniaca.