Procesul Bergius

Procesul Bergius  (de asemenea, procesul Bergius-Pierre) este un proces de producere a hidrocarburilor lichide pentru utilizare ca combustibili sintetici prin hidrogenarea carbonului la temperatură și presiune ridicată ( Lichefierea directă a cărbunelui ). În acest proces pot fi utilizate și alte materii prime, cum ar fi gudronul de cărbune și bitumul . A fost dezvoltat pentru prima dată de Friedrich Bergius în 1913 , care mai târziu a primit Premiul Nobel pentru Chimie (în 1931 ) împreună cu Carl Bosch pentru meritele comune în descoperirea și dezvoltarea proceselor chimice de înaltă presiune. [unu]

Istorie

În 1913, Friedrich Bergius dezvoltat o metodă de obținere a combustibililor pentru motor prin saturarea cu hidrogen a unui amestec format din cărbune zdrobit și deșeuri de gudron provenite din producția de cocs și gaz generator la o presiune de peste 20 MN/m² (200 kgf/cm2 ). , 200 atm.) Și temperatura aproximativ 500 °C. Brevetul a fost achiziționat de la Bergius de către concernul I. G. Farbenindustri și a fost aplicat folosind catalizatori . Prin această metodă, Germania nazistă în timpul celui de -al doilea război mondial a primit o cantitate semnificativă de benzină.

Proces

Dacă a fost folosit cărbune sau lignit ca materie primă pentru proces , acesta a fost măcinat fin și uscat în prima etapă a procesului. Materiile prime, aditivii și catalizatorii sunt amestecați în suspensie folosind ulei gros care este recuperat din proces. Aditivii și catalizatorii tipici au fost substanțe precum staniul, clorul , oxidul de fier, sulfura de sodiu , praful de cocs, sulfatul feros și trioxidul de molibden . Ce aditivi și catalizatori au fost utilizați depind de materia primă și de presiunea de funcționare a instalației. Suspensia preparată a fost pompată în faza lichidă a procesului.

Numeroși catalizatori au fost dezvoltați de-a lungul anilor, inclusiv sulfuri de wolfram sau molibden , acid oleic din staniu sau nichel și alții. Alternativ, este posibil ca sulfurile de fier , prezente în cărbune, să aibă o activitate catalitică suficientă pentru procesul care a fost procesul original Bergius.

Producția de hidrogen

Producerea hidrogenului , necesar procesului Bergius, a fost realizată prin gazeificare a carbonului într- un reactor cu pat fluidizat Winkler . Pulbere de carbon (cărbune) este suflată în reactor împreună cu oxigen și abur. Într-un număr de reacții exoterme și endoterme, carbonul reacționează cu oxigenul și apa pentru a forma dioxid de carbon și hidrogen. Arderea carbonului cu oxigenul formează monoxid de carbon (reacția 1), care a furnizat energie pentru formarea endotermă a hidrogenului gazos (reacția 2). Monoxidul de carbon intră într-o reacție reversibilă cu carbonul și dioxidul de carbon (reacția 3). Într-o reacție reversibilă, monoxidul de carbon poate reacționa cu apa pentru a forma dioxid de carbon și hidrogen (reacția 4).

Faza lichidă

În faza lichidă, o pompă specială cu piston a crescut presiunea nămolului la presiunea de funcționare din reactor, de obicei 200 până la 700 bar . Suspensia a fost amestecată cu hidrogen și gazul obținut din procesul în sine. Amestecul a fost trecut printr-o serie de două până la patru schimbătoare de căldură , unde țițeiul sintetic din etapa finală a procesului a încălzit amestecul într-un cazan și, în final, amestecul a fost încălzit la temperatura de proces, adică între 460 și 485 °C. amestecul încălzit a fost alimentat într-o serie de trei sau patru reactoare chimice, unde lanțurile lungi de hidrocarburi ale materiei prime sunt separate în lanțuri mai scurte prin hidrogenare. Rezultatul este un țiței sintetic care conține gaz combustibil, apă gazoasă , motorină și motorină de vid . Când reacția din reactor este exotermă, distribuția temperaturii în reactor a fost controlată prin pomparea gazului reciclat. După procesul din reactor, reziduurile de hidrogenare, materia primă nereacționată, solidele, cocsul și motorina grea în vid au fost separate de țițeiul sintetic gazos. Reziduurile de hidrogenare au fost trimise la procesul de reciclare. Țițeiul sintetic gazos a fost mai întâi răcit în schimbătoare de căldură care preîncălziu amestecul de proces și apoi în răcitoare cu apă. Ca rezultat al reacției, se formează uleiuri grele, uleiuri medii, benzină și gaz. Reacția generală poate fi rezumată după cum urmează:

Produsul direct al reactorului trebuie stabilizat prin trecerea lui printr-un proces de cracare catalitică ( hidrocracare ). O parte din gazul rămas trebuie pompat înapoi în proces ca gaz reciclat. Uleiul brut sintetic lichid avea niveluri ridicate de naftene și aromatice, niveluri scăzute de parafine și niveluri foarte scăzute de olefine . După rafinare, diferite fracții pot fi transferate la procesare ulterioară ( cracare , reformare ) și transformate în combustibili sintetici cu proprietățile dorite.

Când trec printr-un proces precum platformarea, majoritatea naftenelor sunt transformate în aromatice , iar hidrogenul redus este reciclat în acest proces. În general, aproximativ 97% din carbonul primit alimentat direct în proces poate fi transformat în combustibili sintetici. Cu toate acestea, orice carbon folosit în producția de hidrogen se va pierde sub formă de dioxid de carbon, reducând eficiența totală a carbonului a procesului.

Există un reziduu de compuși nereactivi a gudronului amestecați cu cărbune și cenușă. Pentru a minimiza pierderea de carbon în fluxul de fund, este necesar să existe o cantitate redusă de cenușă în proces. În mod normal, cărbunele ar trebui să aibă un conținut de cenușă de <10%. Hidrogenul necesar procesului poate fi obţinut şi din reziduu prin reformare cu abur . Cererea tipică de hidrogen este de ~8 kg de hidrogen pe tonă de cărbune uscat cu conținut scăzut de cenuşă. Produsul are trei niveluri: ulei greu, ulei mediu, benzină. Uleiul mediu este hidrogenat pentru a face mai multă benzină, iar uleiul greu este amestecat cu cărbune și procesul începe din nou.

Proces de reciclare

Resturile procesului de hidrogenare au fost răcite la o temperatură sub 200°C într-un răcitor cu apă. Apoi presiunea a fost redusă și reziduul a fost amestecat cu motorină obținută după rafinare pentru a pompa amestecul într-o centrifugă. Din centrifugă s-a obţinut un ulei gros cu un conţinut de solide de 2-12%. Uleiul gros a fost pompat înapoi în procesul de gătit, unde a fost folosit pentru a amesteca materia primă într-o suspensie. Deșeurile de la centrifugare au fost arse la cocs în cuptoare rotative.

Utilizare

În timpul celui de -al treilea Reich , în Germania au fost construite o serie de întreprinderi pentru producerea de energie din cărbune, ale căror zăcăminte sunt situate în cantități mari pe teritoriul țării. Practic, producția s-a bazat pe procesul Bergius, (pentru procesul Fischer-Tropsch au fost alocate capacități mai puțin semnificative). Până la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, o capacitate totală de producție de până la 4,275 milioane de tone pe an a fost realizată folosind primul și până la 1,55 milioane de tone pe an folosind cel de-al doilea proces. Ambele industrii s-au dovedit a fi necompetitive în comparație cu industria petrolului și au fost oprite la sfârșitul războiului.

Vezi și

• Hidrogenarea - adăugarea de hidrogen la substanțe simple și complexe în prezența catalizatorilor.
• Lichefierea cărbunelui

Note

1. ↑ Friedrich Bergius - Fapte . Premiul Nobel pentru Chimie 1931 Carl Bosch, Friedrich Bergius  (germană)  (link inaccesibil) . Nobelprize.org (16 mai 2014) . Preluat la 24 iunie 2019. Arhivat din original la 16 mai 2014.
2. ↑ brevet: US1592772 . Consultat la 5 noiembrie 2019. Arhivat din original pe 5 noiembrie 2019. (nedefinit)