miniatura|Partícules de cel·lulosa de 300 μm de diàmetre a alta temperatura que produeixen gas de síntesi. El gas de síntesi, antigament anomenat gas ciutat, és la mescla gasosa d'hidrogen H2 i monòxid de carboni CO, en proporcions variables, i amb un 20 % aproximadament de gasos inerts, generalment nitrogen N2, o diòxid de carboni CO2. És un gas combustible que s'obté a partir de substàncies riques en carboni (hulla, carbó, carbó de coc, nafta, biomassa) sotmeses a alta temperatura.
La major part del gas de síntesi obtingut a la indústria es destina a la producció d'hidrogen. De tot l'hidrogen produït, aproximadament el 70 % s'empra en la síntesi d'amoníac i el 30 % restant utilitza en els processos d'hidrotractament que es duen a terme a les refineries. Després de la producció d'H2, el gas de síntesi es fa servir principalment per a la síntesi de metanol CH3OH i per a la producció d'hidrocarburs líquids a través del procés Fischer-Tropsch i reaccions relacionades. Altres aplicacions són la producció d'alcohols i aldehids de cadena llarga, per mitjà de la reacció del gas de síntesi amb olefines (reacció d'hidroformilació), i la síntesi d'un gran nombre de composts químics, com a formaldehid, àcid acètic, etanol, etilè o etilenglicol, entre d'altres, per la reacció de metanol amb CO (carbonilació) o amb gas de síntesi. A més, una petita proporció de la producció total de gas de síntesi es destina a la generació d'electricitat, principalment a través de la gasificació integrada en cicle combinat.
Història miniatura La utilitat del gas de síntesi com a combustible es fe evident a Alemanya durant la Segona Guerra Mundial, quan la manca de gasolina afectava el transport tant per a fins militars com civils. En aquell moment, se sabia que el carbó podia ser convertit en hidrocarburs líquids mitjançant el procés de Bergius, desenvolupat pel químic alemany Friedrich Bergius (1884-1849), o mitjançant la reacció Fischer-Tropsch (FT), desenvolupada pels químics alemanys Franz Fischer i Hans Tropsch. En el procés de Bergius, els hidrocarburs líquids es produeixen mitjançant la hidrogenació de pols de carbó a alta temperatura i pressió. En la reacció FT, una mescla de monòxid de carboni CO i hidrogen H2 es converteix en hidrocarburs líquids a temperatura elevada i pressió normal o elevada en presència d'un catalitzador d'òxid de ferro magnètic. El gas de síntesi produït per síntesi FT tengué un paper crític en satisfer les necessitats de combustible a Sud-àfrica a la dècada de 1950.
Avui en dia, la majoria del gas de síntesi es genera mitjançant la conversió tèrmica de biomassa per gasificació, particularment mitjançant la reformació amb vapor de metà CH4 o per oxidació parcial:
A altes temperatures i en presència de vapor o oxigen, la gasificació converteix materials que contenen carboni en hidrogen, monòxid de carboni i diòxid de carboni, sense necessitat de combustió. La taxa de conversió de biomassa rica en hidrogen i monòxid de carboni en gas de síntesi pot superar el 99 %. Tot i això, després de la producció, el gas de síntesi ha de ser netejat de materials nocius, com el clorur d'hidrogen i el goudron de carbó. El gas de síntesi net es pot cremar com el gas natural, amb una part destinada a alimentar la planta de gasificació i la resta a ser venuda a companyies d'energia, que també l'utilitzen principalment per a produir electricitat.
El gas de síntesi és una forma d'energia atractiva per diverses raons. En particular, és renovable, està associat amb emissions de carboni reduïdes en relació amb altres tecnologies de generació d'energia i pot convertir eficaçment residus problemàtics en combustible. No obstant això, els nivells d'hidrogen i la presència d'humitat i goudrons en els components inicials per a la gasificació poden ser problemàtics. El gas d'hidrogen és altament combustible, més que altres combustibles utilitzats per alimentar motors de combustió interna. Per tant, per funcionar amb gas de síntesi, aquests motors han de ser modificats per minimitzar el risc de fenòmens com la preignició i els retrocessos, i, fins i tot amb aquestes modificacions, la potència del motor pot veure's reduïda significativament.
Al llarg de la història, segons els diferents mètodes de producció, les diferents aplicacions i composicionsTermodinàmica i Termotècnia. Tema 3: Combustibles i energies renovables. el gas de síntesi ha rebut noms particulars.
Gas de l'enllumenat o gas de ciutat miniatura|Encesa d'un fanal de gas de l'enllumenat. El gas de l'enllumenat, gas de ciutat o gas d'hulla, es produeix per piròlisi de l'hulla http://books.google.cat/books?id=gXy0D6vWx7EC&pg = PA106 Fabricació del gas d'enllumenat. En: Mètodes de la indústria química en esquemes de flux en colors: una visió panoràmica dels mètodes de la indústria química. Fritz Tegeder, Ludwig Mayer. Editorial Reverté, 1987. . Pàg. 106 en absència d'aire i a alta temperatura (1 200-1 300 °C), o bé, per piròlisi del lignit a baixa temperatura. En aquests casos s'obté carbó de coc (hulla) o semicoc (lignit) com a residu, que s'usa com a combustible encara que no serveix per a la indústria del ferro. Aquest gas fou fet servir com a combustible per a l'enllumenat públic (llum de gas) al pas del al . Conté un 45 % d'hidrogen, 35 % de metà, 8 % de monòxid de carboni i altres gasos en menor proporció.
També es pot produir a partir de l'oxidació de petroli o algun derivat (fueloil, nafta) mitjançant vapor d'aigua i aire. S'ha d'eliminar el sofre per evitar la corrosió, i també el monòxid de carboni per la seva toxicitat. Ha estat reemplaçat pel gas natural i els gasos liquats del petroli (GLP, com butà o propà) per a tota mena de fins, ja que aquest té un poder calorífic doble.? id = LHSI6tJfpoIC & pg = PA384 Contaminació de l'aire per la indústria. Albert Parker. Editorial Reverté, 1983. . Pàg. 384
Gas d'aigua o gas blau El gas d'aigua s'obté fent passar vapor d'aigua sobre coc a alta temperatura. La seva flama és de color blau pel que també es diu gas blau. Aquest gas es pot transformar en metanol o alcans, emprant catalitzadors heterogenis apropiats.Química organometàl·lica dels metalls de transició. Robert H. Crabtree. Editorial de la Universitat Jaume I, 1997. . Pàg. 400 Aquesta reacció és fortament endotèrmica pel que requereix temperatures molt altes.miniatura|Planta de gasificació de carbó a Tampa, per produir hidrogen i electricitat.C(s) + H2O(g) -> CO(g) + H2(g)
Gas pobre El gas pobre es produeix fent passar alternativament vapor d'aigua i aire sobre carbó incandescent (alternança de dolls de vapor i aire), i és una barreja dels dos mètodes anteriors.Història de la tecnologia. Volum 4. T. K. Derry, Trevor I. Williams. Segle XXI d'Espanya Editors, 1989. . Pàg 50 La composició és al voltant d'un 33 % de CO, 64 % de N2, 1 % de CO2 i 2 % d'H2, i a vegades també CH4. Quan el llit de coc s'ha refredat a una temperatura a la qual la reacció endotèrmica ja no pot continuar, el vapor d'aigua és reemplaçat per un raig d'aire. La formació inicial de diòxid de carboni (exotèrmica) augmenta la temperatura del llit de coc i va seguida per la reacció endotèrmica en la qual aquest CO2 es converteix en monòxid de carboni CO. La reacció global és exotèrmica, originant «gas pobre». L'oxigen pur pot substituir a l'aire per evitar l'efecte de dilució, i en aquest cas el poder calorífic és més alt. Les reaccions són:
C(s) + O2(g) -> CO2(g)2C(s) + O2(g) -> 2CO(g)C(s) + CO2(g) -> 2CO(g)C(s) + H2O(g) -> CO(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) -> CO2(g) + H2(g) miniatura|Generador de gas a partir de fuel-oil. Altres Gas de coc o gas de coqueria: S'obté per escalfament intens i lent de l'hulla (hulla greixosa) amb una combinació d'aire i vapor, a alta temperatura, en les coqueries. A part del carbó de coc sòlid fabricat, de gran interès per a la indústria siderúrgica i la síntesi química de l'acetilè, es forma un gas que conté hidrogen, monòxid de carboni, nitrogen i diòxid de carboni). http://energia3.mecon.gov.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=323 Glosario del balance energético.
Gas de generador de gasogen o gas de fusta: S'obté fent passar aire a través d'una capa gruixuda de grànuls de carbó o de coc incandescent. A major temperatura, major proporció de monòxid de carboni i menor proporció de diòxid de carboni.Introducció a la química industrial. Angel Vian Ortuño. Editorial Reverté, 1999. . Pàg. 405 Té escàs poder calorífic, molt menor que el gas d'aigua, degut principalment a la dilució amb el nitrogen atmosfèric.
Gas d'aigua carburat: S'obté barrejant gas d'aigua amb petroli gasificat en un carburador. Té un poder calorífic més alt que els anteriors.Història de la tecnologia. Volum 4. T. K. Derry, Trevor I. Williams. Segle XXI d'Espanya Editors, 1989. . Pàg 50
Gas natural sintètic: Combustible que es fabrica a partir del carbó, del petroli o dels seus derivats, per mètodes moderns, diferents dels processos clàssics ja comentats: Reformatat de gas natural amb vapor d'aigua. Reformatat d'hidrocarburs líquids per produir hidrogen. Gasificació del carbó,Beychok, MR, Coal gasification and the Phenosolvan process, American Chemical Society 168 th National Meeting, Atlantic City, September 1974 de la biomassa, i d'alguns tipus de residus en instal·lacions de gasificació. Gasificació integral en cicle combinat
Utilització del gas de síntesi miniatura|400x400px|Aplicacions del gas de síntesi. El gas de síntesi pot ser utilitzat en el procés Fischer-Tropsch per produir gasoli, o convertir-se en metà i en dimetilèter en processos catalítics.
Procés de Fischer-Tropsch El procés Fischer-Tropsch és la reacció de productes intermedis de combustió o gas de síntesi per la generació de combustibles líquids (alcans, alquens i/o alcohols) i ceres. La reacció ocorre en un medi catalitzat i pot ser duta a terme en fase líquida, fase vapor o fase mixta líquid-vapor. L'interès actual en aquesta tecnologia és la possibilitat d'obtenir fracció dièsel a partir de carbó o gas natural, el que és un pas intermedi entre la dependència del petroli i el futur de l'hidrogen.
Síntesi de metanol El monòxid de carboni i l'hidrogen reaccionen amb catalitzador per produir metanol. Avui en dia, el que més es fa servir és una mescla de coure, òxid de zinc i alumini. A 5–10 MPa (50–100 atm) i 250 °C la reacció és:
CO(g) + 2 H2(g) -> CH3OH(g)
Obtenció de gas natural sintètic El nom gas de síntesi prové del seu ús com a intermediari en la creació de gas natural sintètic (GNS) i altres composts.Beychok, MR, Process and environmental technology for producing SNG and liquid Fuels, US EPA report EPA-660/2-75-011, May 1975CO + 3 H2 <=> CH4 + H2OCO2 + 4 H2 <=> CH4 + 2 H2O
Síntesi d'amoníac Quan aquest gas s'utilitza com a producte intermedi per a la síntesi industrial d'hidrogen a gran escala (utilitzat principalment en la producció d'amoníac NH3), també es produeix a partir de gas natural (a través de la reacció de reformat amb vapor d'aigua) la manera següent:
Per tal de produir més hidrogen a partir d'aquesta barreja, s'afegeix més vapor i així es produeix el desplaçament de la reacció del gas d'aigua:
L'hidrogen ha de separar-se del CO2 per poder emprar-lo. Això es realitza principalment per adsorció per oscil·lació de pressió (PSA), neteja de les amines produïdes i l'ús de reactors de membrana.
Tractament posterior