El proceso Bergius es un método de producción de hidrocarburos líquidos para su uso como combustible sintético mediante la hidrogenación de carbón bituminoso de alta volatilidad a alta temperatura y presión. Fue desarrollado por primera vez por Friedrich Bergius en 1913. En 1931, Bergius recibió el Premio Nobel de Química por su desarrollo de la química de alta presión. [1]
Proceso
El carbón se muele finamente y se seca en una corriente de gas caliente. El producto seco se mezcla con aceite pesado reciclado del proceso. Normalmente se añade un catalizador a la mezcla. Se han desarrollado varios catalizadores a lo largo de los años, incluidos los sulfuros de tungsteno o molibdeno , el oleato de estaño o níquel y otros. Alternativamente, los sulfuros de hierro presentes en el carbón pueden tener suficiente actividad catalítica para el proceso, que era el proceso original de Bergius. [2]
La mezcla se bombea a un reactor . La reacción se produce entre 400 y 500 ° C y entre 20 y 70 MPa de presión de hidrógeno . La reacción produce petróleos pesados, petróleos intermedios, gasolina y gases. La reacción general se puede resumir de la siguiente manera:
- (donde x = grados de insaturación )
El producto inmediato del reactor debe estabilizarse pasándolo sobre un catalizador de hidrotratamiento convencional. La corriente de producto es alta en cicloalcanos y aromáticos, baja en alcanos (parafinas) y muy baja en alquenos (olefinas). Las diferentes fracciones se pueden pasar a un procesamiento posterior ( craqueo , reformado) para producir combustible sintético de calidad deseable. Si se pasa por un proceso como Platforming , la mayoría de los cicloalcanos se convierten en aromáticos y el hidrógeno recuperado se recicla al proceso. El producto líquido de Platforming contendrá más del 75% de aromáticos y tiene un índice de octano de investigación (RON) superior a 105.
En general, alrededor del 97% del carbono de entrada que se alimenta directamente al proceso se puede convertir en combustible sintético. Sin embargo, cualquier carbono utilizado en la generación de hidrógeno se perderá en forma de dióxido de carbono, lo que reducirá la eficiencia general del carbono del proceso.
Hay un residuo de compuestos alquitranados no reactivos mezclados con cenizas del carbón y catalizador. Para minimizar la pérdida de carbono en la corriente de residuos, es necesario tener una alimentación baja en cenizas. Normalmente, el carbón debe tener <10% de cenizas en peso. El hidrógeno necesario para el proceso también se puede producir a partir del carbón o del residuo mediante reformado con vapor . Una demanda típica de hidrógeno es de ~ 80 kg [ cita requerida ] de hidrógeno por tonelada de carbón seco sin cenizas. Generalmente, este proceso es similar a la hidrogenación. La producción está en tres niveles: petróleo pesado, petróleo medio, gasolina. El aceite intermedio se hidrogena para obtener más gasolina y el aceite pesado se vuelve a mezclar con el carbón y se reinicia el proceso. De esta manera, las fracciones de aceite pesado y aceite medio también se reutilizan en este proceso.
La evolución más reciente del trabajo de Bergius es la planta de hidroliquefacción de 2 etapas en Wilsonville AL que operó durante 1981-85. Aquí se preparó un extracto de carbón bajo presión de hidrógeno y calor utilizando carbón finamente pulverizado y disolvente donante reciclado. A medida que se descompone la molécula de carbón, se forman radicales libres que se estabilizan inmediatamente mediante la absorción de átomos de H del disolvente donante. El extracto luego pasa a un hidrocraqueador de lecho ebullado catalítico (unidad H-Oil) alimentado por hidrógeno adicional, formando hidrocarburos de menor peso molecular y separando el azufre, el oxígeno y el nitrógeno originalmente presentes en el carbón. Parte del producto líquido es un disolvente donante hidrogenado que se devuelve a la Etapa I. El resto del producto líquido se fracciona por destilación, lo que da lugar a varios productos en el intervalo de ebullición y un residuo ceniciento. El residuo de cenizas va a una unidad CSDA de Kerr-McGee que produce un producto líquido adicional y un material con alto contenido de cenizas que contiene carbón sin reaccionar y residuos pesados, que en una planta comercial se gasificarían para producir el H2 necesario para alimentar el proceso. Los parámetros se pueden ajustar para evitar gasificar directamente el carbón que ingresa a la planta. Las versiones alternativas de la configuración de la planta podrían utilizar LC Fining y / o una unidad de eliminación de cenizas antidisolvente. Las especies típicas en el disolvente donante son aromáticos de anillo condensado (tetrahidronaftaleno y superiores) o heterociclos análogos.
Historia
Friedrich Bergius desarrolló el proceso durante su habilitación . Una técnica para la química de alta presión y alta temperatura de sustratos que contienen carbono cedida en una patente en 1913. En este proceso, los hidrocarburos líquidos utilizados como combustible sintético se producen por hidrogenación de lignito ( lignito ). Desarrolló el proceso mucho antes que el conocido proceso Fischer-Tropsch . Karl Goldschmidt lo invitó a construir una planta industrial en su fábrica Th. Goldschmidt AG (ahora conocida como Evonik Industries ) en 1914. [3] La producción comenzó solo en 1919, después de que terminó la Primera Guerra Mundial , cuando la necesidad de combustible ya estaba disminuyendo. Los problemas técnicos, la inflación y las constantes críticas de Franz Joseph Emil Fischer , que cambió a soporte tras una demostración personal del proceso, hicieron que el avance fuera lento, y Bergius vendió su patente a BASF , donde Carl Bosch trabajó en ella. Antes de la Segunda Guerra Mundial se construyeron varias plantas con una capacidad anual de 4 millones de toneladas de combustible sintético. Estas plantas se utilizaron ampliamente durante la Segunda Guerra Mundial para suministrar combustible y lubricantes a Alemania. [4]
Usar
El proceso de Bergius fue ampliamente utilizado por Brabag , una firma de carteles de la Alemania nazi . Las plantas que utilizaron el proceso fueron objeto de bombardeos durante la Campaña Petrolera de la Segunda Guerra Mundial . En la actualidad no existen plantas que operen comercialmente el Proceso Bergius o sus derivados. La planta de demostración más grande fue la planta de 200 toneladas por día en Bottrop , Alemania, operada por Ruhrkohle , que dejó de funcionar en 1993. Hay informes [5] de una empresa china que está construyendo una planta con una capacidad de 4 000 toneladas por día. Se esperaba que entrara en funcionamiento en 2007 [6], pero no se ha confirmado que se haya logrado.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos realizó una investigación secreta para convertir carbón en gasolina en una instalación en Louisiana, Missouri . La operación de Luisiana comenzó alrededor de 1946 utilizando tecnología alemana capturada. Ubicada a lo largo del río Mississippi, esta planta producía gasolina en cantidades comerciales en 1948. El método de proceso de Luisiana producía gasolina para automóviles a un precio ligeramente superior, pero comparable al de la gasolina a base de petróleo [7] pero de mayor calidad. [ cita requerida ] La instalación fue cerrada en 1953 por la administración de Eisenhower, supuestamente después de un intenso cabildeo por parte de la industria petrolera. [7]
Ver también
- Programa de combustibles líquidos sintéticos
- Proceso de Fischer-Tropsch
- Proceso de Karrick
- Combustible de lechada de agua de carbón
Referencias
- ^ Bergius, Friedrich (21 de mayo de 1932). "Reacciones químicas a alta presión" (PDF) . Fundación Nobel . Consultado el 23 de enero de 2009 .
- ^ Takao Kaneko, Frank Derbyshire, Eiichiro Makino, David Gray, Masaaki Tamura y Kejian Li "Licuefacción del carbón" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann, 2012, Wiley-VCH, doi : 10.1002 / 14356007.a07_197.pub2
- ^ "Degussa Geschichte - Friedrich Bergius" . Consultado el 10 de noviembre de 2009 .
- ^ Stranges, Anthony N. (1984). "Friedrich Bergius y el auge de la industria alemana de combustibles sintéticos". Isis . Sociedad de Historia de la Ciencia. 75 (4): 643–667. doi : 10.1086 / 353647 . JSTOR 232411 .
- ^ [1] Archivado el 19 de marzo de 2005 en la Wayback Machine.
- ^ Primera licuefacción de carbón de China programada para aliviar la carga de las importaciones , ACTUALIZADO: 10:28, 24 de enero de 2005, People's Daily Online
- ^ a b Política energética en Estados Unidos desde 1945
enlaces externos
- The Early Days of Coal Research , página web del Departamento de Energía de EE. UU.