Definition und Verwendung von Wassergas

Wassergas ist ein Verbrennungskraftstoff, der Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoffgas (H₂). Wassergas wird hergestellt, indem Dampf über erhitzte Kohlenwasserstoffe geleitet wird. Die Reaktion zwischen Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen erzeugt Synthesegas. Die Wasser-Gas-Shift-Reaktion kann verwendet werden, um den Kohlendioxidgehalt zu verringern und den Wasserstoffgehalt anzureichern, wodurch Wassergas entsteht. Die Wasser-Gas-Shift-Reaktion ist:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Geschichte

Die Wasser-Gas-Shift-Reaktion wurde erstmals 1780 vom italienischen Physiker Felice Fontana beschrieben. Im Jahr 1828 wurde in England Wassergas erzeugt, indem Dampf über weißglühenden Koks geblasen wurde. 1873 patentierte Thaddeus S. C. Lowe ein Verfahren, bei dem die Wasser-Gas-Shift-Reaktion zur Anreicherung des Gases mit Wasserstoff verwendet wurde. Bei Lowes Verfahren wurde unter Druck stehender Dampf über heiße Kohle geschossen, wobei die Wärme unter Verwendung von Kaminen aufrechterhalten wurde. Das resultierende Gas wurde vor der Verwendung abgekühlt und gewaschen. Das Verfahren von Lowe führte zum Aufstieg der gasherstellenden Industrie und zur Entwicklung ähnlicher Verfahren für andere Gase, wie zum Beispiel das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese. Als Ammoniak verfügbar wurde, stieg die Kälteindustrie. Lowe hielt Patente für Eismaschinen und Geräte, die mit Wasserstoffgas betrieben wurden.

Produktion

Das Prinzip der Wassergaserzeugung ist unkompliziert. Dampf wird über glühenden oder weißglühenden Kraftstoff auf Kohlenstoffbasis gepreßt, wodurch die folgende Reaktion erzeugt wird:

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

Diese Reaktion ist endotherm (absorbiert Wärme), daher muss Wärme hinzugefügt werden, um sie aufrechtzuerhalten. Dies kann auf zwei Arten erfolgen. Einer ist, zwischen Dampf und Luft zu wechseln, um die Verbrennung von etwas Kohlenstoff zu verursachen (ein exothermer Prozess):

Ö₂ + C → CO₂ (ΔH = -393,5 kJ / mol)

Die andere Methode besteht darin, Sauerstoff anstelle von Luft zu verwenden, wodurch Kohlenmonoxid anstelle von Kohlendioxid entsteht:

Ö₂ + 2 C → 2 CO (ΔH = –221 kJ / mol)

Verschiedene Formen von Wassergas

Es gibt verschiedene Arten von Wassergas. Die Zusammensetzung des entstehenden Gases hängt vom Herstellungsverfahren ab:

• Wassergas Shift-Reaktionsgas: Dies ist die Bezeichnung für Wassergas, das unter Verwendung der Wasser-Gas-Shift-Reaktion hergestellt wurde, um reinen Wasserstoff (oder zumindest angereicherten Wasserstoff) zu erhalten. Das Kohlenmonoxid aus der anfänglichen Reaktion wird mit Wasser umgesetzt, um Kohlendioxid zu entfernen, wobei nur das Wasserstoffgas zurückbleibt.
• Halbwassergas: Halbwassergas ist ein Gemisch aus Wassergas und Produktionsgas. Produzentgas ist der Name des Brenngases, das aus Kohle oder Koks im Gegensatz zu Erdgas gewonnen wird. Halbwassergas wird durch Sammeln des Gases erzeugt, das erzeugt wird, wenn Dampf mit Luft gewechselt wird, um Koks zu verbrennen, um eine ausreichend hohe Temperatur aufrechtzuerhalten, um die Wassergasreaktion aufrechtzuerhalten.
• Vergastes Wassergas: Vergastes Wassergas wird erzeugt, um den Energiewert von Wassergas zu erhöhen, der normalerweise niedriger ist als der von Kohlegas. Wassergas wird vergast, indem es durch eine beheizte Retorte geleitet wird, die mit Öl besprüht wurde.

Verwendung von Wassergas

Wassergas, das bei der Synthese einiger industrieller Prozesse verwendet wird:

• Kohlendioxid aus Brennstoffzellen entfernen.
• Reagiert mit Produktionsgas zu Brenngas.
• Es wird im Fischer-Tropsch-Verfahren eingesetzt.
• Es wird zur Gewinnung von reinem Wasserstoff zur Synthese von Ammoniak verwendet.