Bergius-processen - Bergius process

Friedrich Bergius

Den bergiusprocessen är en metod för framställning av flytande kolväten för användning som syntetiskt bränsle genom hydrering av high-flyktigt bituminöst kol vid hög temperatur och tryck. Det utvecklades först av Friedrich Bergius 1913. År 1931 tilldelades Bergius Nobelpriset i kemi för sin utveckling av högtryckskemi.

Bearbeta

Kolet males fint och torkas i en ström av het gas. Den torra produkten blandas med tung olja som återvinns från processen. En katalysator tillsättes typiskt till blandningen. Ett antal katalysatorer har utvecklats under åren, bland annat volfram eller molybden sulfider , tenn eller nickel oleat och andra. Alternativt kan järnsulfider som finns i kolet ha tillräcklig katalytisk aktivitet för processen, vilket 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 ger tunga oljor, mellanoljor, bensin och gaser. Den totala reaktionen kan sammanfattas enligt följande:

(där x = grader av omättnad )

Den omedelbara produkten från reaktorn måste stabiliseras genom att leda den över en konventionell hydrobehandlingskatalysator. Produktströmmen innehåller mycket cykloalkaner och aromater, låg i alkaner (paraffiner) och mycket låg i alkener (olefiner). De olika fraktionerna kan överföras till vidare bearbetning ( sprickbildning , reformering) för att producera syntetiskt bränsle av önskvärd kvalitet. Om de passerar genom en process som plattformning omvandlas de flesta cykloalkaner till aromater och återvunnet väte återvinns till processen. Den flytande produkten från Platforming innehåller över 75% aromater och har ett Research Octane Number (RON) på över 105.

Sammantaget kan cirka 97% av det ingående kol som matas direkt till processen omvandlas till syntetiskt bränsle. Emellertid kommer allt kol som används vid alstring av väte att gå förlorat som koldioxid, vilket minskar processens totala koleffektivitet.

Det finns en rest av oreaktiva tjärföreningar blandade med aska från kolet och katalysatorn. För att minimera kolförlusten i restströmmen är det nödvändigt att ha en matning med låg askan. Normalt bör kolet vara <10 viktprocent aska. Det väte som krävs för processen kan också produceras från kol eller återstoden genom ångreformering . Ett typiskt vätebehov är ~ 80 kg väte per ton torrt, askfritt kol. Generellt sett liknar denna process hydrogenering. Produktionen är på tre nivåer: tung olja, mellanolja, bensin. Mellanoljan hydreras för att få mer bensin och den tunga oljan blandas med kol igen och processen startar om. På detta sätt återanvänds också tungolja och mellanoljefraktioner i denna process.

Den senaste utvecklingen av Bergius arbete är den tvåstegs hydroliquefaction-anläggningen i Wilsonville AL som drivs under 1981-85. Här bereddes ett kolextrakt under värme och vätetryck med fint pulveriserat kol och återvinningslösningsmedel. När kolmolekylen bryts ner bildas fria radikaler som omedelbart stabiliseras genom absorption av H-atomer från donatorlösningsmedlet. Extraktet övergår sedan till en katalytisk hydrobaserad ebullerad bädd (H-oljenhet) som matas med ytterligare väte, bildar kolväten med lägre molekylvikt och delar upp svavel, syre och kväve som ursprungligen finns i kolet. En del av den flytande produkten är hydrerat donatorlösningsmedel som återföres till steg I. Återstoden av flytande produkt fraktioneras genom destillation, vilket ger olika kokpunktsprodukter och en rester av aska. Askrester går till en Kerr-McGee CSDA-enhet som ger ytterligare flytande produkt och ett material med hög aska som innehåller oreagerat kol och tungt återstod, som i en kommersiell anläggning skulle förgasas för att göra H2 som behövs för att mata processen. Parametrar kan justeras för att undvika förgasning av kol som tränger in i anläggningen direkt. Alternativa versioner av anläggningskonfigurationen kan använda LC Fining och / eller en antisolvent avtappningsenhet. Typiska arter i donatorlösningsmedlet är smälta aromater (tetrahydronaftalen och uppåt) eller analoga heterocykler.

Historia

Friedrich Bergius utvecklade processen under sin habilitering . En teknik för högtrycks- och högtemperaturkemi av kolinnehållande substrat som erhölls i ett patent 1913. I denna process framställs 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 honom att bygga en industrianläggning vid sin fabrik Th. Goldschmidt AG (nu känt som Evonik Industries ) 1914. Produktionen började först 1919, efter att första världskriget slutade, då bränslebehovet redan minskade. De tekniska problemen, inflationen och den ständiga kritiken av Franz Joseph Emil Fischer , som förändrades till stöd efter en personlig demonstration av processen, gjorde framstegen långsamma 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 i stor utsträckning under andra världskriget för att förse Tyskland med bränsle och smörjmedel.

Använda sig av

Ruiner av kolhiss i en syntetisk bensinanläggning från andra världskriget ( IG Farben Industrie Police, Polen )

Bergius-processen användes i stor utsträckning av Brabag , ett kartellföretag i Nazityskland . Växter som använde processen var riktade till bombningar under oljekampanjen under andra världskriget . För närvarande finns det inga anläggningar som driver Bergius-processen eller dess derivat kommersiellt. Den största demonstrationsanläggningen var anläggningen på 200 ton per dag i Bottrop , Tyskland, som drivs av Ruhrkohle , som upphörde med sin verksamhet 1993. Det finns rapporter om ett kinesiskt företag som bygger en anläggning med en kapacitet på 4 000 ton per dag. Det förväntades bli operativt 2007, men det har inte funnits någon bekräftelse på att detta har uppnåtts.

Under andra världskriget genomförde USA hemlig forskning för att omvandla kol till bensin vid en anläggning i Louisiana, Missouri . Louisiana-operationen började omkring 1946 med fångad tysk teknik. Beläget längs floden Mississippi producerade denna anläggning bensin i kommersiella kvantiteter 1948. Louisiana-processmetoden producerade bilbensin till ett pris som var något högre än, men jämförbart med, petroleumbaserad bensin men av högre kvalitet. Anläggningen stängdes 1953 av Eisenhower-administrationen, påstås efter intensiv lobbyverksamhet från oljeindustrin.

Se även

Referenser

externa länkar