Proces Bergiusa - Bergius process

Fryderyka Bergiusa

Proces Bergiusa to metoda wytwarzania ciekłych węglowodorów do wykorzystania jako paliwo syntetyczne poprzez uwodornienie wysokolotnego węgla kamiennego w wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Został po raz pierwszy opracowany przez Friedricha Bergiusa w 1913 roku. W 1931 Bergius otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za rozwój chemii wysokociśnieniowej.

Proces

Węgiel jest drobno mielony i suszony w strumieniu gorącego gazu. Suchy produkt jest mieszany z ciężkim olejem zawracanym z procesu. Katalizator zazwyczaj dodaje się do mieszaniny. Na przestrzeni lat opracowano szereg katalizatorów, w tym siarczki wolframu lub molibdenu , oleinian cyny lub niklu i inne. Alternatywnie, siarczki żelaza obecne w węglu mogą mieć wystarczającą aktywność katalityczną dla procesu, który był pierwotnym procesem Bergiusa.

Mieszanina jest pompowana do reaktora . Reakcja zachodzi w temperaturze od 400 do 500°C i pod ciśnieniem wodoru 20 do 70 MPa . W wyniku reakcji powstają oleje ciężkie, oleje średnie, benzyna i gazy. Ogólną reakcję można podsumować w następujący sposób:

(gdzie x = stopnie nienasycenia )

Bezpośredni produkt z reaktora musi być stabilizowany przez przepuszczenie go przez konwencjonalny katalizator hydrorafinacji. Strumień produktu jest bogaty w cykloalkany i aromaty, ubogi w alkany (parafiny) i bardzo ubogi w alkeny (olefiny). Poszczególne frakcje można przekazać do dalszego przetwarzania ( kraking , reforming) w celu uzyskania paliwa syntetycznego o pożądanej jakości. Po przejściu przez proces taki jak Platforming , większość cykloalkanów jest przekształcana w związki aromatyczne, a odzyskany wodór zawracany jest do procesu. Płynny produkt firmy Platforming będzie zawierał ponad 75% aromatów i ma liczbę oktanową badawczą (RON) powyżej 105.

Ogólnie rzecz biorąc, około 97% węgla wejściowego wprowadzonego bezpośrednio do procesu można przekształcić w paliwo syntetyczne. Jednak wszelki węgiel używany do wytwarzania wodoru zostanie utracony jako dwutlenek węgla, zmniejszając w ten sposób ogólną wydajność węglową procesu.

Pozostają pozostałości niereaktywnych związków smołowych zmieszanych z popiołem z węgla i katalizatora. Aby zminimalizować utratę węgla w strumieniu pozostałości, konieczne jest stosowanie wsadu o niskiej zawartości popiołu. Zazwyczaj węgiel powinien zawierać <10% popiołu wagowo. Niezbędny do procesu wodór można również wytwarzać z węgla lub pozostałości metodą reformingu parowego . Typowe zapotrzebowanie na wodór wynosi ~80 kg wodoru na tonę suchego, bezpopiołowego węgla. Generalnie proces ten jest podobny do uwodorniania. Wydajność jest na trzech poziomach: olej ciężki, olej średni, benzyna. Średni olej jest uwodorniany w celu uzyskania większej ilości benzyny, a ciężki olej jest ponownie mieszany z węglem i proces rozpoczyna się od nowa. W ten sposób frakcje oleju ciężkiego i oleju średniego są również ponownie wykorzystywane w tym procesie.

Najnowszą ewolucją pracy Bergiusa jest dwuetapowa instalacja hydroupłynniania w Wilsonville AL, która działała w latach 1981-85. Tutaj ekstrakt węglowy został przygotowany pod wpływem ciepła i ciśnienia wodoru przy użyciu drobno sproszkowanego węgla i zawracanego rozpuszczalnika donora. W miarę rozpadu cząsteczki węgla powstają wolne rodniki, które są natychmiast stabilizowane przez absorpcję atomów H z rozpuszczalnika-donora. Ekstrakt przechodzi następnie do katalitycznego hydrokrakingu na złożu wrzącym (jednostka H-Oil) zasilanego dodatkowym wodorem, tworząc węglowodory o niższej masie cząsteczkowej i oddzielając siarkę, tlen i azot pierwotnie obecne w węglu. Część ciekłego produktu stanowi uwodorniony rozpuszczalnik donorowy, który zawraca się do etapu I. Pozostałą część ciekłego produktu frakcjonuje się przez destylację, w wyniku czego otrzymuje się produkty o różnych zakresach wrzenia i pozostałość popiołów. Pozostałości popiołu trafiają do jednostki Kerr-McGee CSDA, z której uzyskuje się dodatkowy produkt płynny i materiał o wysokiej zawartości popiołu, zawierający nieprzereagowany węgiel i ciężkie pozostałości, które w komercyjnej instalacji zostałyby zgazowane w celu wytworzenia H2 potrzebnego do zasilania procesu. Parametry można dostosować, aby uniknąć bezpośredniego zgazowania węgla wchodzącego do zakładu. Alternatywne wersje konfiguracji instalacji mogą wykorzystywać LC Fining i/lub jednostkę odpopielania za pomocą antyrozpuszczalnika. Typowymi indywiduami w rozpuszczalniku donorowym są związki aromatyczne o skondensowanych pierścieniach (tetrahydronaftalen i wyższe) lub analogiczne heterocykle.

Historia

Friedrich Bergius rozwinął ten proces podczas habilitacji . Technika do wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury chemicznych substratów zawierających węgiel, otrzymanych przy patent 1913. W procesie tym ciekłych węglowodorów stosowanych jako paliwa syntetyczne wytwarzane są przez uwodornienie z lignitu (brunatnym). Opracował ten proces na długo przed powszechnie znanym procesem Fischera-Tropscha . Karl Goldschmidt zaprosił go do budowy zakładu przemysłowego w swojej fabryce Th. Goldschmidt AG (obecnie znany jako Evonik Industries ) w 1914 roku. Produkcję rozpoczęto dopiero w 1919 roku, po zakończeniu I wojny światowej , kiedy zapotrzebowanie na paliwo już spadało. Problemy techniczne, inflacja i ciągła krytyka Franza Josepha Emila Fischera , który po osobistej demonstracji procesu zmienił się na wsparcie, spowolniły postęp, a Bergius sprzedał swój patent firmie BASF , gdzie pracował nad tym Carl Bosch . Przed II wojną światową zbudowano kilka zakładów o rocznej wydajności 4 mln ton paliwa syntetycznego. Rośliny te były szeroko wykorzystywane podczas II wojny światowej do zaopatrzenia Niemiec w paliwo i smary.

Posługiwać się

Ruiny elewatora węglowego w fabryce benzyny syntetycznej z czasów II wojny światowej ( IG Farben Industrie Police, Polska )

Proces Bergiusa był szeroko stosowany przez Brabag , firmę kartelową nazistowskich Niemiec . Rośliny, które stosowały ten proces, były celem bombardowania podczas kampanii naftowej podczas II wojny światowej . W chwili obecnej nie istnieją żadne zakłady zajmujące się komercyjnie eksploatacją Procesu Bergiusa lub jego pochodnych. Największym zakładem demonstracyjnym był zakład o wydajności 200 ton dziennie w Bottrop w Niemczech, prowadzony przez Ruhrkohle , który zaprzestał działalności w 1993 roku. Istnieją doniesienia o chińskiej firmie budującej zakład o wydajności 4 000 ton dziennie. Oczekiwano, że zacznie funkcjonować w 2007 r., ale nie ma potwierdzenia, że ​​udało się to osiągnąć.

Podczas II wojny światowej Stany Zjednoczone prowadziły tajne badania nad konwersją węgla na benzynę w zakładzie w Luizjanie w stanie Missouri . Operacja w Luizjanie rozpoczęła się około 1946 roku przy użyciu przechwyconej niemieckiej technologii. Zakład ten, położony wzdłuż rzeki Missisipi, do 1948 r. produkował benzynę w ilościach handlowych. Metodą procesową w Luizjanie wytwarzano benzynę samochodową po cenie nieco wyższej, ale porównywalnej z benzyną na bazie ropy naftowej, ale o wyższej jakości. Obiekt został zamknięty w 1953 roku przez administrację Eisenhowera, rzekomo po intensywnym lobbingu przemysłu naftowego.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne