Hoofdstuk 14 Groene chemie in de industrie
14.1 Van aardgas tot synthesegas
Synthesegas is een mengsel van waterstof en koolstofmonooxide. De bereiding uit methaan gebeurt via
stoomreforming; een proces waarbij koolwaterstoffen met stoom reageren, waarbij een gasmengsel rijk aan
koolstofmonooxide en waterstof ontstaat; CH 4(g) + H2O(g) ⇔ CO(g) + 3H2(g)
Het fabrieksproces kun je schematisch weergeven in een blokschema, maar dit is niet zo simpel, want omdat
het een evenwichtsreactie is moet je met verschillende omstandigheden rekening houden:
- Temperatuur: Reactie naar rechts is endotherm; hoge temperatuur is gunstig voor productie synthesegas.
- Druk: links staat 2 mol gas, rechts 4. Lage druk lijkt dus gunstiger, maar dat gebeurt niet: gasmengsel wordt
onder grote druk samengeperst, waardoor de installatie niet zo groot hoeft te zijn (kostenbesparend).
Bovendien verlopen reacties zo sneller, dus kun je nog redelijk wat synthesegas produceren in korte tijd.
- Katalysator: Bij dit proces is een katalysator op basis van nikkel heel geschikt.
- Nevenreacties: Er zijn nog meer reacties. Sommige bijproducten zijn ongewenst; 2 CO(g) ⇔ C(s) + CO2(g)
M.b.v. bovenstaande gegevens kun je het blokschema aanpassen, zie BINAS 38B1. In de reformer (reactor +
katalysator) reageert methaan met hete stoom (zorgt voor benodigde hoge temperatuur). Na
de reactor (1200K) wordt het gasmengsel gekoeld met een warmtewisselaar: koelwater neemt
de energie v/d hete gassen op. Hierbij ontstaat stoom, die de fabriek nuttig kan gebruiken. Het
synthesegas uit de reformer bevat echter nog verontreinigingen zoals CO2(g), H2O(g) en CH4(g).
Die moeten nog worden gescheiden.
Een andere grondstof voor synthesegas is biomassa. Bij verhitten ervan ontstaan gassen zoals H2(g), CO(g) en
CO2(g) en veel houtskoolachtig materiaal, dat je in de reactievergelijking als C(s) noteert. Dit behandel je met
hete stoom. Hierbij treden de volgende reacties op: C(s) + H 2O(g) ⇔ CO(g) + H2(g) en C(s) + CO2(g) ⇔ 2 CO(g)
Omdat de samenstelling erg wisselt, kun je aan biomassa geen ‘formule’ toekennen. Figuur:
In de reactor worden plantaardig materiaal en hout sterk verhit (1000K). Hierbij treedt
vergassing op en ontstaat er ruw synthesegas. Dit wordt samengeperst in de compressor.
Daarna wordt het ruwe synthesegas gezuiverd (o.a. van CO 2).
Het uitgangspunt van de groene chemie is het minimaliseren van het ontstaan van schadelijke stoffen. De
principes van de groene chemie zijn te vinden in BINAS 97F. Je kunt aan de hand hiervan de bovengenoemde
processen vergelijken. Zie de voorbeelden atoomeconomie (eindproduct bevat zoveel mogelijk atomen van de
grondstoffen), energie-efficiënt ontwerpen en gebruik van hernieuwbare grondstoffen.
Maak opdr. 2, 3, 4
14.1 Van aardgas tot synthesegas
Synthesegas is een mengsel van waterstof en koolstofmonooxide. De bereiding uit methaan gebeurt via
stoomreforming; een proces waarbij koolwaterstoffen met stoom reageren, waarbij een gasmengsel rijk aan
koolstofmonooxide en waterstof ontstaat; CH 4(g) + H2O(g) ⇔ CO(g) + 3H2(g)
Het fabrieksproces kun je schematisch weergeven in een blokschema, maar dit is niet zo simpel, want omdat
het een evenwichtsreactie is moet je met verschillende omstandigheden rekening houden:
- Temperatuur: Reactie naar rechts is endotherm; hoge temperatuur is gunstig voor productie synthesegas.
- Druk: links staat 2 mol gas, rechts 4. Lage druk lijkt dus gunstiger, maar dat gebeurt niet: gasmengsel wordt
onder grote druk samengeperst, waardoor de installatie niet zo groot hoeft te zijn (kostenbesparend).
Bovendien verlopen reacties zo sneller, dus kun je nog redelijk wat synthesegas produceren in korte tijd.
- Katalysator: Bij dit proces is een katalysator op basis van nikkel heel geschikt.
- Nevenreacties: Er zijn nog meer reacties. Sommige bijproducten zijn ongewenst; 2 CO(g) ⇔ C(s) + CO2(g)
M.b.v. bovenstaande gegevens kun je het blokschema aanpassen, zie BINAS 38B1. In de reformer (reactor +
katalysator) reageert methaan met hete stoom (zorgt voor benodigde hoge temperatuur). Na
de reactor (1200K) wordt het gasmengsel gekoeld met een warmtewisselaar: koelwater neemt
de energie v/d hete gassen op. Hierbij ontstaat stoom, die de fabriek nuttig kan gebruiken. Het
synthesegas uit de reformer bevat echter nog verontreinigingen zoals CO2(g), H2O(g) en CH4(g).
Die moeten nog worden gescheiden.
Een andere grondstof voor synthesegas is biomassa. Bij verhitten ervan ontstaan gassen zoals H2(g), CO(g) en
CO2(g) en veel houtskoolachtig materiaal, dat je in de reactievergelijking als C(s) noteert. Dit behandel je met
hete stoom. Hierbij treden de volgende reacties op: C(s) + H 2O(g) ⇔ CO(g) + H2(g) en C(s) + CO2(g) ⇔ 2 CO(g)
Omdat de samenstelling erg wisselt, kun je aan biomassa geen ‘formule’ toekennen. Figuur:
In de reactor worden plantaardig materiaal en hout sterk verhit (1000K). Hierbij treedt
vergassing op en ontstaat er ruw synthesegas. Dit wordt samengeperst in de compressor.
Daarna wordt het ruwe synthesegas gezuiverd (o.a. van CO 2).
Het uitgangspunt van de groene chemie is het minimaliseren van het ontstaan van schadelijke stoffen. De
principes van de groene chemie zijn te vinden in BINAS 97F. Je kunt aan de hand hiervan de bovengenoemde
processen vergelijken. Zie de voorbeelden atoomeconomie (eindproduct bevat zoveel mogelijk atomen van de
grondstoffen), energie-efficiënt ontwerpen en gebruik van hernieuwbare grondstoffen.
Maak opdr. 2, 3, 4
