Процесс Бергиуса

Процесс Бергиуса — это метод производства жидких углеводородов для использования в качестве синтетического топлива путем гидрирования легколетучих битуминозных углей при высокой температуре и давлении. Впервые он был разработан Фридрихом Бергиусом в 1913 году. В 1931 году Бергиус был удостоен Нобелевской премии по химии за разработку химии высокого давления . ^[1]

Процесс

Уголь тонко измельчают и сушат в потоке горячего газа. Сухой продукт смешивается с тяжелой нефтью, перерабатываемой в процессе. катализатор . В смесь обычно добавляют За прошедшие годы был разработан ряд катализаторов, в том числе вольфрама или дисульфид молибдена , олова или никеля олеат и другие. В качестве альтернативы, сульфид железа, присутствующий в угле, может обладать достаточной каталитической активностью для процесса, которым был первоначальный процесс Бергиуса. ^[2]

Смесь закачивают в реактор . Реакция протекает при температуре от 400 до 500 °C и от 20 до 70 МПа давлении водорода . В результате реакции образуются тяжелые нефти, средние масла, бензин и газы. Общую реакцию можно резюмировать следующим образом:

n{\ce {C}}+(n-x+1){\ce {H2->C_{\mathit {n}}H}}_{2n-2x+2}

(где x = степень ненасыщенности )

Непосредственный продукт из реактора необходимо стабилизировать, пропуская его через обычный катализатор гидроочистки. Поток продукта отличается высоким содержанием циклоалканов и ароматических соединений, низким содержанием алканов (парафинов) и очень низким содержанием алкенов (олефинов). Различные фракции могут быть подвергнуты дальнейшей переработке ( крекинг , риформинг ) для получения синтетического топлива желаемого качества. При прохождении такого процесса, как платформирование , большая часть циклоалканов превращается в ароматические соединения, а выделенный водород возвращается в процесс. Жидкий продукт от Platforming будет содержать более 75% ароматических соединений и иметь октановое число по исследовательскому методу (RON) более 105.

В целом, около 97% входного углерода, подаваемого непосредственно в процесс, может быть преобразовано в синтетическое топливо. Однако любой углерод, используемый при производстве водорода, будет потерян в виде углекислого газа, что приведет к снижению общей углеродной эффективности процесса.

Остаются остатки нереакционноспособных смолистых соединений, смешанных с золой угля и катализатора. Чтобы свести к минимуму потери углерода в потоке остатков, необходимо иметь низкозольное сырье. Обычно уголь должен иметь зольность <10% по весу. Водород, необходимый для процесса, также может быть получен из угля или остатков путем парового риформинга . Типичная потребность в водороде составляет ~ 80 кг. ^{[ нужна ссылка ]} водорода на тонну сухого беззольного угля. В целом этот процесс аналогичен гидрированию. Выход осуществляется на трех уровнях: тяжелая нефть, средняя нефть, бензин. Среднее масло гидрируется, чтобы получить больше бензина, а тяжелое масло снова смешивается с углем, и процесс возобновляется. Таким образом, в этом процессе повторно используются также тяжелые и средние нефтяные фракции.

Последним результатом работы Бергиуса стала двухступенчатая установка гидросжижения в Уилсонвилле, Алабама , которая работала в 1981-85 годах. Здесь угольный экстракт был приготовлен под воздействием тепла и давления водорода с использованием тонкоизмельченного угля и рециклового донорного растворителя. При разрушении молекулы угля образуются свободные радикалы, которые немедленно стабилизируются за счет поглощения атомов H из донорного растворителя. Затем экстракт поступает в каталитическую установку гидрокрекинга с кипящим слоем (установка H-Oil), в которую подается дополнительный водород, образуя углеводороды с более низкой молекулярной массой и отделяя серу, кислород и азот, изначально присутствующие в угле. Часть жидкого продукта представляет собой гидрогенизированный донорный растворитель, который возвращается на стадию I. Остаток жидкого продукта фракционируется перегонкой с получением продуктов с различными диапазонами кипения и зольного остатка. Золовый остаток поступает на установку Kerr-McGee CSDA, которая дает дополнительный жидкий продукт и высокозольный материал, содержащий непрореагировавший уголь и тяжелый остаток, который на промышленной установке газифицируется для получения H2, необходимого для питания процесса. Параметры можно регулировать, чтобы избежать непосредственной газификации угля, поступающего на станцию. В альтернативных вариантах конфигурации установки может использоваться LC Fining и/или установка для обеззоливания антирастворителя. Типичными частицами в донорном растворителе являются ароматические соединения с конденсированными кольцами (тетрагидронафталин и выше) или аналогичные гетероциклы.

История

Фридрих Бергиус разработал этот процесс во время своей хабилитации . Методика химии углеродсодержащих субстратов под высоким давлением и высокой температурой запатентована в 1913 году. В этом процессе жидкие углеводороды, используемые в качестве синтетического топлива, получаются путем гидрирования бурого угля (бурого угля). Он разработал этот процесс задолго до широко известного процесса Фишера-Тропша . Карл Гольдшмидт предложил ему построить промышленное предприятие на своей фабрике Th. Goldschmidt AG (ныне известная как Evonik Industries ) в 1914 году. ^[3] Производство началось только в 1919 году, после окончания Первой мировой войны , когда потребность в топливе уже снижалась. Технические проблемы, инфляция и постоянная критика Франца Йозефа Эмиля Фишера , перешедшая на поддержку после личной демонстрации процесса, замедлили прогресс, и Бергиус продал свой патент компании BASF , где Карл Бош над ним работал . Перед Второй мировой войной было построено несколько заводов годовой мощностью 4 млн тонн синтетического топлива. Эти заводы широко использовались во время Второй мировой войны для снабжения Германии горюче-смазочными материалами. ^[4]

Использовать

Руины угольного элеватора на заводе по производству синтетического бензина времен Второй мировой войны ( IG Farben Industrie Police, Польша )

Гидрогенизация угля больше не используется в коммерческих целях. ^[5]

Процесс Бергиуса широко использовался компанией Brabag , картельной фирмой нацистской Германии . Заводы, использовавшие этот процесс, подверглись бомбардировкам во время Нефтяной кампании Второй мировой войны . В настоящее время нет заводов, использующих процесс Бергиуса или его производные в коммерческих целях. Крупнейшим демонстрационным заводом был завод производительностью 200 тонн в день в Ботропе , Германия, которым управляла компания Ruhrkohle , который прекратил работу в 1993 году. Есть сообщения ^[6] китайской компании, строящей завод мощностью 4 000 тонн в сутки. Ожидалось, что он будет введен в эксплуатацию в 2007 году. ^[7] но не было никакого подтверждения того, что это было достигнуто.

К концу Второй мировой войны Соединенные Штаты начали активно финансировать исследования по переработке угля в бензин, включая деньги на строительство ряда пилотных заводов. Огромную помощь проекту оказала трофейная немецкая техника. ^[8] Один завод, использующий процесс Бергиуса, был построен в Луизиане, штат Миссури , и начал работу примерно в 1946 году. Расположенный вдоль реки Миссисипи, этот завод производил бензин в коммерческих количествах к 1948 году. сравнимо с бензином на нефтяной основе ^[9] но более высокого качества. ^{[ нужна ссылка ]} Объект был закрыт в 1953 году администрацией Эйзенхауэра , предположительно после интенсивного лоббирования со стороны нефтяной промышленности. ^[9]

См. также

Ссылки

^ Бергиус, Фридрих (21 мая 1932 г.). «Химические реакции под высоким давлением» (PDF) . Нобелевский фонд . Проверено 23 января 2009 г.
^ Такао Канеко, Фрэнк Дербишир, Эйитиро Макино, Дэвид Грей, Масааки Тамура и Кеджиан Ли «Сжижение угля» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2012, Wiley-VCH, два : 10.1002/14356007.a07_197.pub2
^ «История Дегуссы — Фридрих Бергиус» . Проверено 10 ноября 2009 г.
^ Стрэндж, Энтони Н. (1984). «Фридрих Бергиус и подъем немецкой промышленности синтетического топлива». Исида . 75 (4). Общество истории науки: 643–667. дои : 10.1086/353647 . JSTOR 232411 . S2CID 143962648 .
^ Хауэр, Джеймс (2016). "Уголь". Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . стр. 1–63. дои : 10.1002/0471238961.0315011222151818.a01.pub3 . ISBN 978-0-471-48494-3 .
^ [1] Архивировано 19 марта 2005 г. в Wayback Machine.
^ Первое в Китае сжижение угля запланировано для облегчения бремени импорта , ОБНОВЛЕНО: 10:28, 24 января 2005 г., People's Daily Online
^ Дэниел Сперлинг, Новое транспортное топливо: стратегический подход к технологическим изменениям , стр. 43–44, University of California Press, 1990. ISBN 0520069773 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Энергетическая политика в Америке с 1945 года.

Внешние ссылки

Первые дни исследований угля , веб-страница Министерства энергетики США

[1] Бергиус, Фридрих (21 мая 1932 г.). «Химические реакции под высоким давлением» (PDF) . Нобелевский фонд . Проверено 23 января 2009 г.

[2] Такао Канеко, Фрэнк Дербишир, Эйитиро Макино, Дэвид Грей, Масааки Тамура и Кеджиан Ли «Сжижение угля» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2012, Wiley-VCH, два : 10.1002/14356007.a07_197.pub2

[degussa-3] «История Дегуссы — Фридрих Бергиус» . Проверено 10 ноября 2009 г.

[4] Стрэндж, Энтони Н. (1984). «Фридрих Бергиус и подъем немецкой промышленности синтетического топлива». Исида . 75 (4). Общество истории науки: 643–667. дои : 10.1086/353647 . JSTOR 232411 . S2CID 143962648 .

[5] Хауэр, Джеймс (2016). "Уголь". Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . стр. 1–63. дои : 10.1002/0471238961.0315011222151818.a01.pub3 . ISBN 978-0-471-48494-3 .

[6] [1] Архивировано 19 марта 2005 г. в Wayback Machine.

[7] Первое в Китае сжижение угля запланировано для облегчения бремени импорта , ОБНОВЛЕНО: 10:28, 24 января 2005 г., People's Daily Online

[8] Дэниел Сперлинг, Новое транспортное топливо: стратегический подход к технологическим изменениям , стр. 43–44, University of California Press, 1990. ISBN 0520069773 .

[Energy_Policy_in_America_since_1945-9] Перейти обратно: ^а ^б Энергетическая политика в Америке с 1945 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]