gas de síntesis

El gas de síntesis, o syngas, es una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno producida al pasar vapor y aire (u oxígeno) sobre carbón caliente, coque o biomasa. La reacción principal, llamada reacción de gas de agua, ocurre cuando el vapor entra en contacto con el carbono por encima de los 700 °C, produciendo CO y H₂. Una reacción de desplazamiento secundaria ajusta la relación H₂/CO según el uso posterior. El resultado es un gas combustible que sirve tanto como combustible como materia prima química para fertilizantes, metanol, diésel y otros productos.

La composición y el rendimiento dependen en gran medida de la materia prima y las condiciones del proceso. El syngas derivado del carbón típicamente contiene de 40 a 50 por ciento de CO, de 30 a 40 por ciento de H₂, siendo el resto CO₂, N₂ y vapor de agua. Si el aire es el oxidante en lugar de oxígeno puro, la dilución de nitrógeno reduce significativamente el contenido energético. La gasificación de biomasa y el reformado de gas natural producen syngas con diferentes relaciones CO/H₂; el proceso Fischer-Tropsch, por ejemplo, requiere una relación cercana a 2:1, mientras que la síntesis de metanol funciona mejor alrededor de 2 a 2.05.

Producción y equipo

El gas de síntesis industrial se produce en gasificadores de lecho fijo, lecho fluidizado o flujo arrastrado. Los tamaños de alimentación de carbón varían desde polvo fino hasta terrones, dependiendo del tipo de reactor. La temperatura, la presión, la relación vapor/aire y el tiempo de residencia afectan la composición del gas producto y el contenido de alquitrán. La contaminación por alquitrán es un problema persistente, al igual que los compuestos de metales alcalinos que ensucian los convertidores catalíticos posteriores. El syngas crudo requiere enfriamiento, depuración y, a menudo, conversión de desplazamiento para alcanzar las especificaciones de pureza y composición para la síntesis química.

El término "gas de carbón" se refería históricamente al syngas producido en las plantas de gas de ciudad que suministraban calefacción e iluminación urbana temprana antes de que la electricidad dominara; esas plantas están en gran parte obsoletas en las economías desarrolladas. La producción moderna de syngas es intensiva en capital y económicamente viable principalmente en regiones con carbón o biomasa baratos, o donde la integración en una planta química más grande justifica la infraestructura. Las plantas Sasol de Sudáfrica y varias instalaciones chinas de carbón a productos químicos operan grandes unidades de gasificación para producir syngas para la conversión posterior.

El syngas es peligroso de manipular: el CO es incoloro, inodoro y letal en bajas concentraciones, y la mezcla es explosiva dentro de un amplio rango de combustible/aire. La operación segura exige una detección robusta, inertización durante las paradas y procedimientos de aislamiento estrictos. El cambio hacia el hidrógeno renovable y las fuentes de carbono circulares está impulsando un renovado interés en la gasificación de biomasa y en el syngas derivado de residuos plásticos, aunque los obstáculos económicos y técnicos siguen siendo significativos.