Bergius-prosessi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 7. lokakuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 10 muokkausta .

Bergius-prosessi (myös Bergius-Pierren prosessi) on prosessi nestemäisten hiilivetyjen valmistamiseksi käytettäväksi synteettisinä polttoaineina hydraamalla hiiltä korkeassa lämpötilassa ja paineessa ( suora hiilinesteytys ). Tässä prosessissa voidaan käyttää myös muita raaka-aineita, kuten kivihiilitervaa ja bitumia . Sen kehitti ensimmäisen kerran Friedrich Bergius vuonna 1913 , ja hän sai myöhemmin kemian Nobelin palkinnon (vuonna 1931 ) yhdessä Carl Boschin kanssa yhteisistä ansioistaan korkeapaineisten kemiallisten prosessien löytämisessä ja kehittämisessä. [yksi]

Historia

Friedrich Bergius kehitti vuonna 1913 menetelmän saamiseksi kyllästämällä vedyllä seos, joka koostuu koksin ja generaattorikaasun tuotannosta syntyneestä murskatusta kivihiilestä ja tervajätteestä paineessa yli 20 MN/m² (200 kgf/cm 2 ). , 200 atm.) Ja lämpötila noin 500 °C. Patentin osti Bergiukselta I.G. Farbenindustri -konserni , ja se on haettu katalyyttejä käyttäen . Tällä menetelmällä natsi-Saksa sai toisen maailmansodan aikana huomattavan määrän bensiiniä.

Käsittele

Jos prosessin raaka-aineena käytettiin hiiltä tai ruskohiiltä , se jauhettiin hienoksi ja kuivattiin prosessin ensimmäisessä vaiheessa. Raaka-aineet, lisäaineet ja katalyytit sekoitetaan suspensiossa käyttämällä paksua öljyä, joka otetaan talteen prosessista. Tyypillisiä lisäaineita ja katalyyttejä olivat aineet, kuten tina, kloori , rautaoksidi, natriumsulfidi , koksipöly, rautasulfaatti ja molybdeenitrioksidi . Se, mitä lisäaineita ja katalyyttejä käytettiin, riippui raaka-aineesta ja laitoksen käyttöpaineesta. Valmistettu suspensio pumpattiin prosessin nestefaasiin.

Lukuisia katalyyttejä on kehitetty vuosien varrella, mukaan lukien volframi- tai molybdeenisulfidit , öljyhappo tinasta tai nikkelistä ja muut. Vaihtoehtoisesti on mahdollista, että hiilessä olevilla rautasulfideilla on riittävä katalyyttinen aktiivisuus prosessissa, joka oli alkuperäinen Bergius-prosessi.

Vedyn tuotanto

Bergius-prosessiin tarvittavan vedyn tuotanto toteutettiin hiilen kaasutuksella Winkler - leijupetireaktorissa . Jauhehiiltä (hiiltä) puhalletaan reaktoriin yhdessä hapen ja höyryn kanssa. Useissa eksotermisissä ja endotermisissä reaktioissa hiili reagoi hapen ja veden kanssa muodostaen hiilidioksidia ja vetyä. Hiilen polttaminen hapen kanssa muodostaa hiilimonoksidia (reaktio 1), joka antoi energiaa vetykaasun endotermiseen muodostumiseen (reaktio 2). Hiilimonoksidi pääsee palautuvaan reaktioon hiilen ja hiilidioksidin kanssa (reaktio 3). Reversiibelissä reaktiossa hiilimonoksidi voi reagoida veden kanssa muodostaen hiilidioksidia ja vetyä (reaktio 4).

{\begin{array}{lrcll}{\text{(1)}}&\mathrm {2\ C\ +\ O_{2}} &\longrightarrow &\mathrm {2\ CO} \quad & \Delta H_{R}=\mathrm {-221\ {\frac {\text{kJ}}{\text{mol))))\\{\text{(2)))&\mathrm {C\ + \ H_{2}O} &\longrightarrow &\mathrm {CO\ +\ H_{2}} \quad &\Delta H_{R}=\mathrm {+134\ {\frac {\text{kJ}}{ \text{mol}}}} \\{\text{(3)}}&\mathrm {2\ CO} &\rightleftharpoons &\mathrm {C\ +\ CO_{2}} \quad &\Delta H_{ R}=\mathrm {-172{,}5\ {\frac {\text{kJ}}{\text{mol))))\\{\text{(4)))&\mathrm {CO\ + \ H_{2}O} &\rightleftharpoons &\mathrm {CO_{2}\ +\ H_{2}} \quad &\Delta H_{R}=\mathrm {-41{,}2\ {\frac { \text{kJ}}{\text{mol}}}} \\\hline &\mathrm {2\ C\ +\ 2\ H_{2}O\ +\ O_{2}} &\longrightarrow &\mathrm {2\ CO_{2}\ +\ 2\ H_{2}} \quad &\Delta H_{R}=\mathrm {-300{,}7\ {\frac {\text{kJ}}{\text {mol}}}} \end{array}}}

Nestefaasi

Nestefaasissa erityinen mäntäpumppu nosti lietteen painetta reaktorin käyttöpaineeseen, tyypillisesti 200 - 700 bariin . Suspensioon sekoitettiin itse prosessista saadun vedyn ja kaasun kanssa. Seos johdettiin kahdesta neljään lämmönvaihtimeen sarjan läpi , jossa prosessin loppuvaiheesta saatu synteettinen raakaöljy lämmitti seosta kattilassa ja lopuksi seos kuumennettiin prosessilämpötilaan eli 460-485 °C:een. lämmitetty seos syötettiin kolmen tai neljän kemiallisen reaktorin sarjaan, jossa raaka-aineen pitkät hiilivetyketjut erotetaan lyhyemmiksi ketjuiksi hydrauksella. Tuloksena on synteettinen raakaöljy, joka sisältää palavaa kaasua, vesikaasua , dieselpolttoainetta ja tyhjiökaasuöljyä . Kun reaktio reaktorissa on eksoterminen, lämpötilan jakautumista reaktorissa säädettiin pumppaamalla kierrätyskaasua. Reaktoriprosessin jälkeen hydrausjäännökset, reagoimaton raaka-aine, kiinteät aineet, koksi ja raskas tyhjiökaasuöljy erotettiin kaasumaisesta synteettisestä raakaöljystä. Hydrausjäännökset lähetettiin kierrätysprosessiin. Kaasumainen synteettinen raakaöljy jäähdytettiin ensin lämmönvaihtimissa, jotka esilämmittivät prosessiseosta, ja sitten vesijäähdyttimissä. Reaktion seurauksena muodostuu raskaita öljyjä, keskiraskoja öljyjä, bensiiniä ja kaasua. Kokonaisreaktio voidaan tiivistää seuraavasti:

$n{\rm {C}}+(n-x+1){\rm {H}}_{2}\rightarrow {\rm {C}}_{n}{\rm {H}} _{2n-2x+2}$ Reaktorin suora tuote on stabiloitava viemällä se läpi katalyyttisen krakkausprosessin ( hydrakrakkaus ). Osa jäljellä olevasta kaasusta on pumpattava takaisin prosessiin kierrätyskaasuna. Nestemäisessä synteettisessä raakaöljyssä oli paljon nafteeneja ja aromaattisia aineita, vähän parafiinia ja erittäin vähän olefiineja . Jalostuksen jälkeen eri jakeet voidaan siirtää jatkokäsittelyyn ( krakkaus , reformointi ) ja muuttaa synteettisiksi polttoaineiksi , joilla on halutut ominaisuudet.

Kun nafteenit kulkevat läpi prosessin, kuten alustan, useimmat nafteenit muuttuvat aromaattisiksi aineiksi ja pelkistetty vety kierrätetään prosessissa. Kaiken kaikkiaan noin 97 % suoraan prosessiin syötetystä hiilestä voidaan muuttaa synteettisiksi polttoaineiksi. Vedyn tuotannossa käytetty hiili kuitenkin häviää hiilidioksidina, mikä vähentää prosessin kokonaishiilen tehokkuutta.

Siellä on jäännös ei-reaktiivisista tervayhdisteistä sekoitettuna hiilen ja tuhkan kanssa. Hiilihäviön minimoimiseksi pohjavirrassa on välttämätöntä syöttää prosessiin vähän tuhkaa. Normaalisti hiilen tuhkapitoisuuden tulisi olla <10 %. Prosessiin tarvittava vety voidaan saada jäännöksestä myös höyryreformoinnilla . Tyypillinen vedyn tarve on ~8 kg vetyä tonnia kuivaa vähätuhkaista hiiltä kohti. Tuotteessa on kolme tasoa: raskas öljy, keskiöljy, bensiini. Keskipitkä öljy hydrataan, jotta saadaan lisää bensiiniä, ja raskas öljy sekoitetaan uudelleen hiilen kanssa ja prosessi alkaa alusta.

Kierrätysprosessi

Hydrausprosessin jäännökset jäähdytettiin alle 200 °C:n lämpötilaan vesijäähdyttimessä. Sitten painetta alennettiin ja jäännös sekoitettiin puhdistuksen jälkeen saatuun dieselpolttoaineeseen seoksen pumppaamiseksi sentrifugiin. Sentrifugista saatiin paksu öljy, jonka kiintoainepitoisuus oli 2-12 %. Paksu öljy pumpattiin takaisin keittoprosessiin, jossa sitä käytettiin raaka-aineen sekoittamiseen lietteeksi. Sentrifugoinnin jäte poltettiin koksiksi kiertouuneissa.

Käyttö

Kolmannen valtakunnan aikana Saksaan rakennettiin useita yrityksiä energian tuottamiseksi hiilestä, joiden esiintymät sijaitsevat suuria määriä maan alueella. Periaatteessa tuotanto perustui Bergius-prosessiin (Fischer-Tropsch-prosessiin kohdistettiin vähemmän merkittäviä kapasiteettia). Toisen maailmansodan loppuun saakka ensimmäisellä prosessilla toteutui jopa 4,275 miljoonaa tonnia vuodessa ja jälkimmäisellä 1,55 miljoonaa tonnia vuodessa. Molemmat teollisuudenalat osoittautuivat kilpailukyvyttömiksi öljyteollisuuteen verrattuna ja ne lopetettiin sodan lopussa.

Katso myös

Hydraus - vedyn lisääminen yksinkertaisiin ja monimutkaisiin aineisiin katalyyttien läsnä ollessa.
Hiilen nesteyttäminen

Muistiinpanot

↑ Friedrich Bergius - Faktat . Nobelin kemian palkinto 1931 Carl Bosch, Friedrich Bergius (saksa) (linkki ei ole käytettävissä) . Nobelprize.org (16. toukokuuta 2014) . Haettu 24. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 16. toukokuuta 2014.
↑ patentti: US1592772 . Haettu 5. marraskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 5. marraskuuta 2019. (määrätön)

Orgaanisten polttoaineiden päätyypit

Fossiili

Öljy ja öljytuotteet	Öljy Polttoöljy ( M-40 ) Pyronaft Terva petrolieetteri Kaasun kondensaatti Diesel polttoaine kaasuöljyä Teollisuusbensiini Kerosiini Bensiini Bensiini
maakaasut	Maakaasu Puristettu maakaasu Nesteytetty maakaasu Nesteytetyt hiilivetykaasut Liittynyt öljykaasu hiilikaasu Kaasuhydraatit Liuskekaasu
Hiiltä ja liusketta	Ruskohiili Hiili Antrasiitti öljyliuske Sapropeliitti hiilikoksi
Turve	Turve Turvekoksi

Uusiutuva
ja biologinen

keinotekoinen