Bergius folyamat

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. október 7-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .

A Bergius-eljárás (más néven Bergius-Pierre-eljárás) szintetikus üzemanyagként használható folyékony szénhidrogének előállítására szolgáló eljárás a szén magas hőmérsékleten és nyomáson történő hidrogénezésével ( közvetlen széncseppfolyósítás ). Más nyersanyagok, például kőszénkátrány és bitumen is használhatók ebben az eljárásban. Először Friedrich Bergius fejlesztette ki 1913 -ban, aki később ( 1931 -ben) Carl Bosch - al közösen megkapta a kémiai Nobel-díjat a nagynyomású kémiai eljárások felfedezésében és fejlesztésében kifejtett közös érdemeikért. [egy]

Történelem

1913 - ban Friedrich Bergius kifejlesztett egy módszert ru motor folyékony üzemanyagok előállítására a kokszgyártásból és generátorgázból származó zúzott szénből és kátrányos hulladékból álló keverék hidrogénnel való telítésével MN/m² (200 kgf/cm2) feletti nyomáson . , 200 atm.) És a hőmérséklet körülbelül 500 °C. A szabadalmat az I. G. Farbenindustri konszern vásárolta meg a Bergiustól , és katalizátorokkal alkalmazta . Ezzel a módszerrel a náci Németország a 2. világháború alatt jelentős mennyiségű benzint kapott.

Folyamat

Ha szenet vagy lignitet használtak nyersanyagként az eljáráshoz , akkor azt az eljárás első lépésében finomra őrölték és szárították. A nyersanyagokat, adalékanyagokat és katalizátorokat szuszpenzióban keverik össze sűrű olajjal, amelyet a folyamatból nyernek ki. A tipikus adalékok és katalizátorok olyan anyagok voltak, mint az ón, klór , vas-oxid, nátrium-szulfid , kokszpor, vas-szulfát és molibdén-trioxid . A felhasznált adalékanyagok és katalizátorok az alapanyagtól és a berendezés üzemi nyomásától függtek. Az elkészített szuszpenziót a folyamat folyadékfázisába szivattyúzzuk.

Az évek során számos katalizátort fejlesztettek ki, köztük volfrám- vagy molibdén - szulfidokat , ónból vagy nikkelből nyert olajsavat és másokat. Alternatív megoldásként lehetséges, hogy a szénben jelen lévő vas -szulfidok elegendő katalitikus aktivitással rendelkeznek ahhoz a folyamathoz, amely az eredeti Bergius-eljárás volt.

Hidrogéntermelés

A Bergius-eljáráshoz szükséges hidrogén előállítását szén-elgázosítással végezték Winkler fluidágyas reaktorban . A porított szenet (szenet) oxigénnel és gőzzel együtt fújják be a reaktorba. Számos exoterm és endoterm reakcióban a szén oxigénnel és vízzel reagál, szén-dioxidot és hidrogént képezve. A szén oxigénnel való elégetése során szén- monoxid keletkezik (1. reakció), amely energiát szolgáltatott a hidrogéngáz endoterm képződéséhez (2. reakció). A szén-monoxid reverzibilis reakcióba lép szénnel és szén-dioxiddal (3. reakció). Reverzibilis reakcióban a szén-monoxid vízzel reagálva szén-dioxidot és hidrogént képezhet (4. reakció).

{\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}}}

Folyékony fázis

A folyékony fázisban egy speciális dugattyús szivattyú a zagy nyomását a reaktor üzemi nyomására, jellemzően 200-700 bar -ra emelte . A szuszpenziót hidrogénnel és magából az eljárásból nyert gázzal kevertük össze. A keveréket 2-4 hőcserélőből álló sorozaton vezették át , ahol a folyamat utolsó szakaszából származó szintetikus nyersolaj kazánban melegítette a keveréket, majd végül a keveréket a folyamat hőmérsékletére, azaz 460 és 485 °C közé melegítették. fűtött keveréket három-négy vegyi reaktorból tápláltak be, ahol a nyersanyag hosszú szénhidrogén láncait hidrogénezéssel rövidebb láncokra választják szét. Az eredmény egy szintetikus kőolaj, amely éghető gázt, vízgázt , gázolajat és vákuumgázolajat tartalmaz . Ha a reaktorban a reakció exoterm, a reaktorban a hőmérséklet-eloszlást recirkulációs gáz szivattyúzásával szabályoztuk. A reaktorfolyamat után a hidrogénezési maradékokat, az el nem reagált nyersanyagot, a szilárd anyagokat, a kokszot és a nehéz vákuumgázolajat leválasztották a gáznemű szintetikus nyersolajból. A hidrogénezési maradékokat az újrahasznosítási folyamatba küldték. A gáznemű szintetikus kőolajat először hőcserélőkben hűtötték, amelyek előmelegítették a folyamatelegyet, majd vízhűtőben. A reakció eredményeként nehézolajok, közepes olajok, benzin és gáz képződnek. Az általános reakció a következőképpen foglalható össze:

$n{\rm {C}}+(n-x+1){\rm {H}}_{2}\rightarrow {\rm {C}}_{n}{\rm {H}} _{2n-2x+2}$ A reaktor közvetlen termékét katalitikus krakkolási folyamaton ( hidrokrakkolás ) keresztül kell stabilizálni . A maradék gáz egy részét vissza kell szivattyúzni a folyamatba, mint újrahasznosított gázt. A folyékony szintetikus nyersolaj magas naftén- és aromásanyag-szintet, alacsony paraffint és nagyon alacsony olefinszintet tartalmazott . Finomítás után a különböző frakciók további feldolgozásra ( krakkolás , reformálás ) vihetők át és a kívánt tulajdonságokkal rendelkező szintetikus üzemanyagokká alakíthatók .

Amikor egy folyamaton, például platformozáson megy keresztül, a legtöbb naftén aromás anyagokká alakul , és a redukált hidrogént újrahasznosítják az eljárás során. Összességében a folyamatba közvetlenül betáplált bejövő szén körülbelül 97%-a szintetikus tüzelőanyaggá alakítható. A hidrogéngyártás során felhasznált szén azonban szén-dioxid formájában elvész, csökkentve a folyamat általános szén-dioxid-hatékonyságát.

Nem reakcióképes kátrányvegyületek maradványai vannak szénnel és hamuval keverve. A fenékáramban a szénveszteség minimalizálása érdekében alacsony hamubevitelre van szükség a folyamatban. Normális esetben a szén hamutartalma <10%. Az eljáráshoz szükséges hidrogént a maradékból gőzreformálással is elő lehet nyerni . A tipikus hidrogénigény ~8 kg hidrogén/tonna száraz, alacsony hamutartalmú szén. A terméknek három szintje van: nehézolaj, közepes olaj, benzin. A közepes olajat hidrogénezik, hogy több benzint állítsanak elő, a nehézolajat pedig újra összekeverik szénnel, és a folyamat újraindul.

Újrahasznosítási folyamat

A hidrogénezési folyamat maradékát vízhűtőben 200°C alá hűtöttük. A nyomást ezután csökkentjük, és a maradékot a finomítás után kapott dízel üzemanyaggal keverjük, hogy a keveréket egy centrifugába pumpáljuk. A centrifugából 2-12% szilárdanyag-tartalmú sűrű olajat kaptunk. A sűrű olajat visszaszivattyúzták a főzési folyamatba, ahol a nyersanyagot zagymá keverték. A centrifugálásból származó hulladékot rotációs kemencékben kokszlá égették.

Használat

A Harmadik Birodalom idején Németországban számos vállalkozás épült szénből energia előállítására, amelyek lelőhelyei nagy mennyiségben találhatók az ország területén. A gyártás alapvetően a Bergius-eljáráson alapult (a Fischer-Tropsch eljárásra kevésbé jelentős kapacitásokat allokáltak). A második világháború végéig az első eljárással évi 4,275 millió tonna, az utóbbi eljárással évi 1,55 millió tonna össztermelési kapacitást valósítottak meg. Mindkét iparág versenyképtelennek bizonyult az olajiparhoz képest, és a háború végén leálltak.

Lásd még

Hidrogénezés - hidrogén hozzáadása egyszerű és összetett anyagokhoz katalizátorok jelenlétében.
Szén cseppfolyósítása

Jegyzetek

↑ Friedrich Bergius - Tények . Kémiai Nobel-díj 1931 Carl Bosch, Friedrich Bergius (német) (elérhetetlen link) . Nobelprize.org (2014. május 16.) . Letöltve: 2019. június 24. Az eredetiből archiválva : 2014. május 16.
↑ szabadalom: US1592772 . Letöltve: 2019. november 5. Az eredetiből archiválva : 2019. november 5.. (határozatlan)

A szerves tüzelőanyagok fő típusai

Kövület

Olaj és olajtermékek	Olaj fűtőolaj ( M-40 ) Pyronaft Kátrány Petroleum-éter Gáz kondenzátum Gázolaj gázolaj Nafta Kerozin Benzin Benzin
földgázok	Földgáz Sűrített földgáz Cseppfolyósított földgáz Cseppfolyósított szénhidrogén gázok Kapcsolódó kőolajgáz széngáz Gázhidrátok Palagáz
Szén és agyagpala	Barnaszén Szén Antracit olajpala Szapropelit szénkoksz
Tőzeg	Tőzeg Tőzegkoksz

Megújuló
és biológiai

mesterséges