Definitie en gebruik van watergas

Watergas is een verbrandingsbrandstof die koolmonoxide (CO) en waterstofgas (H bevat₂). Watergas wordt gemaakt door stoom over verwarmde koolwaterstoffen te leiden. De reactie tussen stoom en koolwaterstoffen produceert synthesegas. De water-gasverschuivingsreactie kan worden gebruikt om het kooldioxidegehalte te verlagen en het waterstofgehalte te verrijken, waardoor watergas ontstaat. De water-gasverschuivingsreactie is:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Geschiedenis

De water-gasverschuivingsreactie werd voor het eerst beschreven in 1780 door de Italiaanse natuurkundige Felice Fontana. In 1828 werd watergas geproduceerd in Engeland door stoom over witgloeiende cokes te blazen. In 1873 patenteerde Thaddeus S.C. Lowe een proces dat de water-gasverschuivingsreactie gebruikte om het gas met waterstof te verrijken. In het proces van Lowe werd stoom onder druk over hete steenkool geschoten, waarbij de warmte met behulp van schoorstenen werd gehandhaafd. Het resulterende gas werd vóór gebruik gekoeld en gewassen. Het proces van Lowe leidde tot de opkomst van de gasindustrie en de ontwikkeling van vergelijkbare processen voor andere gassen, zoals het Haber-Bosch-proces om ammoniak te synthetiseren. Toen ammoniak beschikbaar kwam, steeg de koelindustrie. Lowe had patenten voor ijsmachines en apparaten die op waterstofgas liepen.

Productie

Het principe van watergasproductie is eenvoudig. Stoom wordt gedwongen over roodgloeiende of witgloeiende op koolstof gebaseerde brandstof, waardoor de volgende reactie ontstaat:

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

Deze reactie is endotherm (absorbeert warmte), dus warmte moet worden toegevoegd om het te ondersteunen. Er zijn twee manieren om dit te doen. Een daarvan is om af te wisselen tussen stoom en lucht om verbranding van wat koolstof te veroorzaken (een exotherm proces):

O₂ + C → CO₂ (ΔH = −393.5 kJ / mol)

De andere methode is om zuurstofgas te gebruiken in plaats van lucht, wat koolmonoxide oplevert in plaats van koolstofdioxide:

O₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = −221 kJ / mol)

Verschillende vormen van watergas

Er zijn verschillende soorten watergas. De samenstelling van het resulterende gas hangt af van het proces dat wordt gebruikt om het te maken:

• Water gas shift reactiegas: Dit is de naam gegeven aan watergas gemaakt met behulp van de water-gasverschuivingsreactie om zuivere waterstof (of op zijn minst verrijkte waterstof) te verkrijgen. Het koolmonoxide van de eerste reactie wordt omgezet met water om koolstofdioxide te verwijderen, waarbij alleen het waterstofgas achterblijft.
• Semi-water gas: Semi-watergas is een mengsel van watergas en productiegas. Producentgas is de naam van brandstofgas dat is afgeleid van steenkool of cokes, in tegenstelling tot aardgas. Semi-watergas wordt gemaakt door het geproduceerde gas te verzamelen wanneer stoom wordt afgewisseld met lucht om cokes te verbranden om de temperatuur hoog genoeg te houden om de watergasreactie te handhaven.
• Carburetted water gas: Carburetted water gas wordt geproduceerd om de energiewaarde van watergas te verhogen, dat gewoonlijk lager is dan dat van steenkoolgas. Watergas wordt gecarburetteerd door het door een verwarmde retort te leiden die met olie is besproeid.

Gebruik van watergas

Watergas gebruikt bij de synthese van sommige industriële processen:

• Om koolstofdioxide uit brandstofcellen te verwijderen.
• Gereageerd met producentengas om brandstofgas te maken.
• Het wordt gebruikt in het Fischer-Tropsch-proces.
• Het wordt gebruikt om zuivere waterstof te verkrijgen om ammoniak te synthetiseren.