Bergius process
_Chemist_of_Heidelberg_Wellcome_L0003155.jpg)
Bergiusprocessen är en metod för framställning av flytande kolväten för användning som syntetiskt bränsle genom hydrering av högflyktigt bituminöst kol vid hög temperatur och högt tryck. Den utvecklades först av Friedrich Bergius 1913. 1931 tilldelades Bergius Nobelpriset i kemi för sin utveckling av högtryckskemi .
Bearbeta
Kolet finmals och torkas i en ström av het gas. Den torra produkten blandas med tjockolja som återvinns från processen. En katalysator tillsätts vanligtvis till blandningen. Ett antal katalysatorer har utvecklats under åren, inklusive volfram eller molybdendisulfid , tenn eller nickeloleat och andra . Alternativt kan järnsulfid som finns i kolet ha tillräcklig katalytisk aktivitet för processen, som var den ursprungliga Bergius-processen.
Blandningen pumpas in i en reaktor . Reaktionen sker vid mellan 400 och 500 °C och 20 till 70 MPa vätetryck . Reaktionen producerar tunga oljor, mellanoljor, bensin och gaser. Den övergripande reaktionen kan sammanfattas enligt följande:
- (där x = grader av omättnad )
Den omedelbara produkten från reaktorn måste stabiliseras genom att passera den över en konventionell hydrobehandlingskatalysator. Produktströmmen är hög i cykloalkaner och aromater, låg i alkaner (paraffiner) och mycket låg i alkener (olefiner). De olika fraktionerna kan överföras till vidare bearbetning ( krackning , reformering ) för att producera syntetiskt bränsle av önskvärd kvalitet. Om de passeras genom en process som plattformsarbete , omvandlas de flesta av cykloalkanerna till aromater och det återvunna vätet återvinns till processen. Den flytande produkten från Platforming kommer att innehålla över 75 % aromater och har ett forskningsoktantal (RON) på över 105.
Totalt sett kan cirka 97 % av det ingående kolet som matas direkt till processen omvandlas till syntetiskt bränsle. Men allt kol som används för att generera väte kommer att gå förlorat som koldioxid, vilket minskar processens totala koleffektivitet.
Det finns en rest av oreaktiva tjärhaltiga föreningar blandade med aska från kolet och katalysatorn. För att minimera förlusten av kol i restströmmen är det nödvändigt att ha en matning med låg askhalt. Typiskt bör kolet vara <10 viktprocent aska. Vätgasen som krävs för processen kan också framställas från kol eller återstoden genom ångreformering . Ett typiskt vätebehov är ~80 kg [ citat behövs ] väte per ton torrt, askfritt kol. I allmänhet liknar denna process hydrering. Produktionen är på tre nivåer: tjockolja, mellanolja, bensin. Mellanoljan hydreras för att få mer bensin och tungoljan blandas med kolet igen och processen startar om. På så sätt återanvänds även tungolja och mellanoljefraktioner i denna process.
Den senaste utvecklingen av Bergius arbete är 2-stegs hydroliquefaction-anläggningen i Wilsonville AL som fungerade under 1981-85. Här framställdes ett kolextrakt under värme- och vätetryck med användning av fint pulveriserat kol och återanvänd donatorlösningsmedel. När kolmolekylen bryts ner bildas fria radikaler som omedelbart stabiliseras genom absorption av H-atomer från donatorlösningsmedlet. Extraktet passerar sedan till en katalytisk hydrokrackare (H-Oil-enhet) som matas av ytterligare väte, vilket bildar kolväten med lägre molekylvikt och spjälkar av svavel, syre och kväve som ursprungligen fanns i kolet. En del av vätskeprodukten är hydrerat donatorlösningsmedel som återförs till steg I. Resten av vätskeprodukten fraktioneras genom destillation, vilket ger olika kokpunktsprodukter och en askaktig återstod. Aska rester går till en Kerr-McGee CSDA-enhet som ger ytterligare flytande produkt och ett material med hög askhalt som innehåller oreagerat kol och tung rest, som i en kommersiell anläggning skulle förgasas för att göra H2 som behövs för att mata processen. Parametrar kan justeras för att undvika direkt förgasning av kolet som kommer in i anläggningen. Alternativa versioner av anläggningskonfigurationen kan använda LC Fining och/eller en antilösningsmedelsavskakningsenhet. Typiska arter i donatorlösningsmedlet är aromater med smältring (tetrahydronaftalen och uppåt) eller de analoga heterocyklerna.
Historia
Friedrich Bergius utvecklade processen under sin habilitering . En teknik för högtrycks- och högtemperaturkemi av kolhaltiga substrat gavs i ett patent 1913. I denna process produceras flytande kolväten som används som syntetiskt bränsle genom hydrering av brunkol (brunkol). Han utvecklade processen långt före den allmänt kända Fischer-Tropsch-processen . Karl Goldschmidt bjöd in honom att bygga en industrianläggning vid hans fabrik, Th. Goldschmidt AG (nu känd som Evonik Industries ) 1914. Tillverkningen började först 1919, efter att första världskriget slutade, då behovet av bränsle redan minskade. De tekniska problemen, inflationen och den ständiga kritiken av Franz Joseph Emil Fischer , som ändrades till stöd efter en personlig demonstration av processen, gjorde att framstegen gick långsamt och Bergius sålde sitt patent till BASF , där Carl Bosch arbetade med det. Före andra världskriget byggdes flera anläggningar med en årlig kapacitet på 4 miljoner ton syntetiskt bränsle. Dessa anläggningar användes flitigt under andra världskriget för att förse Tyskland med bränsle och smörjmedel.
Använda sig av
Bergius-processen användes flitigt av Brabag , ett kartellföretag i Nazityskland . Anläggningar som använde processen var målsatta för bombningar under andra världskrigets oljekampanj . För närvarande finns det inga anläggningar som driver Bergiusprocessen eller dess derivat kommersiellt. Den största demonstrationsanläggningen var den 200 ton per dag anläggningen i Bottrop , Tyskland, som drivs av Ruhrkohle , som upphörde i drift 1993. Det finns rapporter om ett kinesiskt företag som bygger en anläggning med en kapacitet på 4 000 ton per dag. Det förväntades tas i drift 2007, men det har inte funnits någon bekräftelse på att detta uppnåddes.
Mot slutet av andra världskriget började USA kraftigt finansiera forskning för att konvertera kol till bensin, inklusive pengar för att bygga en serie pilotanläggningar. Projektet var enormt hjälpt av fångad tysk teknik. En anläggning som använde Bergius-processen byggdes i Louisiana, Missouri och började arbeta omkring 1946. Denna anläggning, som ligger längs Mississippifloden, producerade bensin i kommersiella kvantiteter 1948. Louisiana-processen producerade bilbensin till ett pris som var något högre än, men jämförbar med petroleumbaserad bensin men av högre kvalitet. oljeindustrin . Anläggningen stängdes av 1953 av Eisenhower-administrationen, påstås efter intensiv lobbyverksamhet från
Se även
externa länkar
- The Early Days of Coal Research , US Department of Energys webbsida