Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фридрих Бергиус

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 [ править ]

Уголь тонко измельчается и сушится в потоке горячего газа. Сухой продукт смешивают с тяжелой нефтью, возвращаемой из процесса. В смесь обычно добавляют катализатор . За прошедшие годы был разработан ряд катализаторов, включая сульфиды вольфрама или молибдена , олеат олова или никеля и другие. В качестве альтернативы сульфиды железа, присутствующие в угле, могут обладать достаточной каталитической активностью для процесса, которым был первоначальный процесс Бергиуса. [2]

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

(где x = степени ненасыщенности )

Непосредственный продукт из реактора необходимо стабилизировать, пропустив его над обычным катализатором гидроочистки. Поток продукта содержит большое количество нафтенов и ароматических углеводородов, мало парафинов и очень мало олефинов. Различные фракции можно направлять на дальнейшую переработку ( крекинг , риформинг) для получения синтетического топлива желаемого качества. При прохождении через такой процесс, как платформинг , большая часть нафтенов превращается в ароматические углеводороды, а регенерированный водород возвращается в процесс. Жидкий продукт от Platforming будет содержать более 75% ароматических углеводородов и имеет октановое число по исследовательскому методу (RON) более 105.

В целом, около 97% входящего углерода, подаваемого непосредственно в процесс, можно преобразовать в синтетическое топливо. Однако любой углерод, используемый при производстве водорода, будет теряться в виде диоксида углерода, что снижает общую углеродную эффективность процесса.

Остаток инертных смолистых соединений смешан с золой от угля и катализатора. Чтобы свести к минимуму потери углерода в остаточном потоке, необходимо использовать малозольное сырье. Обычно уголь должен содержать <10% золы по весу. Водород, необходимый для процесса, можно также получить из угля или остатков путем парового риформинга . Типичный спрос водорода составляет ~ 80 кг [ править ] водорода на тонну сухой, беззольное угля. Обычно этот процесс похож на гидрирование. Выпуск осуществляется на трех уровнях: тяжелая нефть, средняя нефть, бензин. Среднее масло гидрируется, чтобы получить больше бензина, тяжелое масло снова смешивается с углем, и процесс возобновляется. Таким образом, тяжелая нефть и средние нефтяные фракции также повторно используются в этом процессе.

Самым последним развитием работы Бергиуса является установка двухступенчатого гидросжижения в Уилсонвилле, штат Алабама.который работал в 1981-85 гг. Здесь угольный экстракт готовили при нагревании и давлении водорода с использованием тонко измельченного угля и рециркулирующего донорного растворителя. По мере разрушения 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 путем перегонки с получением продуктов с различными интервалами кипения и золы.Зольный остаток поступает в установку Kerr-McGee CSDA, которая дает дополнительный жидкий продукт и высокозольный материал, содержащий непрореагировавший уголь и тяжелые остатки, который на коммерческой установке будет газифицирован для получения H2, необходимого для подачи в процесс. Параметры можно регулировать, чтобы избежать непосредственной газификации угля, поступающего на установку. Альтернативные варианты конфигурации установки могут использовать LC Fining и / или блок обеззоливания антирастворителем. Типичные частицы в донорном растворителе представляют собой ароматические соединения с конденсированным кольцом (тетрагидронафталин и выше) или аналогичные гетероциклы.Альтернативные варианты конфигурации установки могут использовать LC Fining и / или блок обеззоливания антирастворителем. Типичные частицы в донорном растворителе представляют собой ароматические соединения с конденсированным кольцом (тетрагидронафталин и выше) или аналогичные гетероциклы.Альтернативные варианты конфигурации установки могут использовать LC Fining и / или блок обеззоливания антирастворителем. Типичные частицы в донорном растворителе представляют собой ароматические соединения с конденсированным кольцом (тетрагидронафталин и выше) или аналогичные гетероциклы.

История [ править ]

Фридрих Бергиус разработал этот процесс во время своей абилитации . Методика высокого давления и высокотемпературной химии углеродсодержащих субстратов , полученных в результате в патенте в 1913 г. В этом процессе жидких углеводородов , используемых в качестве синтетического топлива получают путем гидрирования из лигнита (бурого угля). Он разработал этот процесс задолго до широко известного процесса Фишера-Тропша . Карл Гольдшмидт предложил ему построить промышленный завод на его заводе Th. Goldschmidt AG (теперь известная как Evonik Industries ) в 1914 году. [3] Производство началось только в 1919 году, после Первой мировой войны.закончился, когда потребность в топливе уже уменьшалась. Технические проблемы, инфляция и постоянная критика Франца Йозефа Эмиля Фишера , которая изменилась на поддержку после личной демонстрации процесса, замедлили прогресс, и Бергиус продал свой патент компании BASF , где над ним работал Карл Бош . Перед Второй мировой войной было построено несколько заводов мощностью 4 млн тонн синтетического топлива в год. Эти заводы широко использовались во время Второй мировой войны для снабжения Германии горюче-смазочными материалами. [4]

Используйте [ редактировать ]

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

Процесс Бергиуса широко использовался Брабагом , картельной фирмой нацистской Германии . Заводы, которые использовали этот процесс, подверглись бомбардировкам во время нефтяной кампании Второй мировой войны . В настоящее время нет заводов, использующих процесс Бергиус или его производные на коммерческой основе. Самой крупной демонстрационной установкой была установка производительностью 200 тонн в день в Ботропе , Германия, управляемая Ruhrkohle , которая прекратила работу в 1993 году. Имеются сообщения [5] о строительстве китайской компанией завода мощностью 4 000 тонн в день. Ожидалось, что он будет введен в эксплуатацию в 2007 году [6], но не было подтверждений того, что это было достигнуто.

Во время Второй мировой войны Соединенные Штаты проводили секретные исследования по переработке угля в бензин на предприятии в Луизиане, штат Миссури . Операция в Луизиане началась примерно в 1946 году с использованием захваченных немецких технологий. Этот завод, расположенный на берегу реки Миссисипи, к 1948 году производил бензин в промышленных количествах. В Луизиане производился автомобильный бензин по цене немного выше, но сопоставимой с бензином на нефтяной основе [7], но более высокого качества. [ необходимая цитата ] Предприятие было закрыто в 1953 году администрацией Эйзенхауэра якобы после интенсивного лоббирования со стороны нефтяной промышленности. [7]

См. Также [ править ]

  • Программа синтетического жидкого топлива
  • Процесс Фишера-Тропша
  • Каррик процесс
  • Водоугольное суспензионное топливо

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бергиус, Фридрих (21 мая 1932). «Химические реакции под высоким давлением» (PDF) . Нобелевский фонд . Проверено 23 января 2009 .
  2. ↑ Такао Канеко, Фрэнк Дербишир, Эйитиро Макино, Дэвид Грей, Масааки Тамура и Кеджиан Ли «Сжижение угля» в Энциклопедии промышленной химии Ульманна, 2012, Wiley-VCH, doi : 10.1002 / 14356007.a07_197.pub2
  3. ^ "Degussa Geschichte - Фридрих Бергиус" . Проверено 10 ноября 2009 .
  4. ^ Stranges, Энтони Н. (1984). «Фридрих Бергиус и рост индустрии синтетического топлива в Германии». Исида . История научного общества. 75 (4): 643–667. DOI : 10.1086 / 353647 . JSTOR 232411 . 
  5. ↑ [1] Архивировано 19 марта 2005 г., в Wayback Machine.
  6. ↑ Первый завод по сжижению угля в Китае должен облегчить бремя импорта , ОБНОВЛЕНО: 10:28, 24 января 2005 г., People's Daily Online
  7. ^ a b Энергетическая политика в Америке с 1945 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Первые дни исследований угля , веб-страница Министерства энергетики США