Синтез-газ представляет собой газовую смесь, состоящую преимущественно из монооксида углерода (CO) и водорода (H₂), иногда с примесями двуокиси углерода (CO₂), азота (N₂) и метана (CH₄). Он является ключевым промежуточным продуктом в химической промышленности, используемым для получения метанола, аммиака, углеводородов по Фишеру–Тропшу и других ценных органических соединений.
Паровая конверсия метана (Steam Methane Reforming, SMR): Реакция проводится при температуре 700–1000 °C с катализатором на основе никеля: [ CH_4 + H_2O CO + 3H_2] Данный метод является наиболее распространённым для получения H₂ и CO из природного газа. Основные стадии процесса включают предварительное насыщение водяным паром, каталитическую реакцию и последующую очистку.
Частичная окисление углеводородов: Более тяжелые углеводороды, включая нефть и мазут, подвергаются частичному окислению кислородом или воздухом: [ C_nH_m + O_2 nCO + H_2] Этот процесс протекает при высокой температуре (900–1300 °C) и менее эндотермичен, чем паровая конверсия. Частичная окисление удобно для промышленных установок, где доступ к чистому водяному пару ограничен.
Пиролиз и газификация угля: Каменный уголь и кокс подвергаются высокотемпературной газификации с добавлением кислорода и водяного пара: [ C + H_2O CO + H_2] [ C + CO_2 2CO] Углеродсодержащие минералы обеспечивают значительные объёмы синтез-газа, используемого для химической переработки или производства жидких топлив.
Термохимическая газификация биомассы: Древесные отходы, солома, сельскохозяйственные остатки подвергаются газификации в среде водяного пара или частично окисляющего агента: [ C_{6}H_{10}O_5 + H_2O 6CO + 5H_2] Процесс позволяет получать экологически чистый синтез-газ с минимальными серными примесями.
Пиролиз органических отходов: При нагреве органических материалов без доступа кислорода образуется смесь CO, H₂ и CH₄. Этот способ позволяет утилизировать полимерные и пищевые отходы, превращая их в химическое сырьё.
Синтез-газ является универсальным химическим инструментом, обеспечивающим переход от углеводородного сырья к жидким топливам, промышленным химикатам и водороду для энергетики. Его производство из разнообразных источников — от природного газа до биомассы — делает его стратегически важным для современной химической индустрии.