İçeriğe atla

Bergius süreci

Friedrich Bergius

Bergius süreci, yüksek uçuculuğa sahip bitümlü kömürün yüksek sıcaklık ve basınçta hidrojenasyonu ile sentetik yakıt olarak kullanılmak üzere sıvı hidrokarbon üretim yöntemidir. İlk olarak 1913'te Friedrich Bergius tarafından geliştirildi. 1931'de Bergius, yüksek basınçlı kimyayı geliştirdiği için Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.[1]

Süreç

Kömür ince bir şekilde öğütülür ve bir sıcak gaz akışı içinde kurutulur. Kuru ürün, işlemden geri dönüştürülen ağır yağ ile karıştırılır. Karışıma tipik olarak bir katalizör eklenir. Yıllar içinde, tungsten veya molibden sülfitler, kalay veya nikel oleat ve diğerleri dahil olmak üzere bir dizi katalizör geliştirilmiştir. Alternatif olarak, kömürde bulunan demir sülfitler, orijinal Bergius süreci olan işlem için yeterli katalitik aktiviteye sahip olabilir.[2]

Karışım bir reaktöre pompalanır. Reaksiyon, 400 ve 500 °C ve 20 ila 70 MPa hidrojen basıncında gerçekleşir. Reaksiyon, ağır yağlar, orta yağlar, benzin ve gazlar üretir. Genel reaksiyon şu şekilde özetlenebilir:

(burada x = Doymamışlık Dereceleri)

Reaktörden hemen çıkan ürün, geleneksel bir hidro-muamele katalizöründen geçirilerek stabilize edilmelidir. Ürün akışı, naftenler ve aromatikler bakımından yüksek, parafinler bakımından düşük ve olefinlerde çok düşüktür. Farklı fraksiyonlar, kaliteli elde etmek için ileri işlemlere (kraking, yeniden biçimlendirme) geçirilebilir. Platformlama gibi bir işlemden geçilirse, naftenlerin çoğu aromatiklere dönüştürülür ve geri kazanılan hidrojen, sürece geri dönüştürülür. Platformlama'dan elde edilen sıvı ürün %75'in üzerinde aromatik içerecek ve 105'in üzerinde Research Octane Number (RON) olacaktır.

Genel olarak, doğrudan işleme beslenen girdi karbonunun yaklaşık %97'si sentetik yakıta dönüştürülebilir. Bununla birlikte, hidrojen üretiminde kullanılan herhangi bir karbon, karbondioksit olarak kaybolacak ve bu nedenle, işlemin genel karbon verimliliği azalacaktır.

Kömürden ve katalizörden kül ile karıştırılmış reaktif olmayan katran bileşiklerinin bir kalıntısı vardır. Kalıntı akışındaki karbon kaybını en aza indirmek için, düşük kül beslemesine sahip olmak gerekir. Tipik olarak kömür ağırlıkça <%10 kül olmalıdır. İşlem için gerekli hidrojen aynı zamanda kömürden veya kalıntıdan buharla reformasyon yoluyla üretilebilir. Tipik bir hidrojen talebi, ton kuru, külsüz kömür başına ~80 kg[] hidrojendir. Genel olarak bu süreç, hidrojenasyona benzer. Çıktı üç seviyededir: ağır petrol, orta yağ, benzin. Daha fazla benzin elde etmek için orta yağ hidrojene edilir ve ağır yağ yeniden kömürle karıştırılır ve işlem yeniden başlar. Bu şekilde, ağır yağ ve orta yağ fraksiyonları da bu işlemde yeniden kullanılır.

Bergius'un çalışmasının en son evrimi, 1981-85 yılları arasında faaliyet gösteren Wilsonville AL'deki 2 aşamalı hidro sıvılaştırma tesisidir. Burada, ince öğütülmüş kömür ve geri dönüşüm verici çözücü kullanılarak ısı ve hidrojen basıncı altında bir kömür özütü hazırlandı. Kömür molekülü parçalandıkça, donör çözücüden H atomlarının emilmesiyle hemen stabilize olan serbest radikaller oluşur. Ekstrakt daha sonra ek hidrojenle beslenen, daha düşük moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar oluşturan ve orijinal olarak kömürde bulunan kükürt, oksijen ve nitrojeni ayıran bir katalitik ebatlı yatak hidrokrakerine (H-Oil ünitesi) geçer. Sıvı ürünün bir kısmı, Aşama I'e döndürülen hidrojene verici çözücüdür. Sıvı ürünün bakiyesi, çeşitli kaynama aralığındaki ürünleri ve bir kül kalıntısını veren damıtma ile parçalanır. Küllü tortu, ek sıvı ürün ve reaksiyona girmemiş kömür ve ağır kalıntı içeren yüksek küllü bir malzeme veren bir Kerr-McGee CSDA ünitesine gider ve ticari bir tesiste prosesi beslemek için gereken H2'yi yapmak için gazlaştırılır. Tesise giren herhangi bir kömürün doğrudan gazlaşmasını önlemek için parametreler ayarlanabilir. Tesis konfigürasyonunun alternatif versiyonları L-C Fining ve/veya bir antisolvent deashing ünitesi kullanabilir. Donör çözücüdeki tipik türler, kaynaşmış halkalı aromatikler (tetrahidronaftalin ve yukarısı) veya benzer heterosiklelerdir.

Tarihçe

Friedrich Bergius, habilitasyonu sırasında süreci geliştirdi. Karbon içeren substratların yüksek basınç ve yüksek sıcaklık kimyası için bir teknik, 1913'te bir patentte ortaya çıktı. Bu süreçte sentetik yakıt olarak kullanılan sıvı hidrokarbonlar, linyitin (kahverengi kömür) hidrojenasyonu ile üretilir. Bergius, süreci yaygın olarak bilinen Fischer-Tropsch sürecinden çok önce geliştirdi. Karl Goldschmidt, 1914'te Th. Goldschmidt AG (şimdi Evonik Industries olarak biliniyor) fabrikasında bir endüstriyel tesis kurması için onu davet etti.[3] Üretim ancak 1919'da, I. Dünya Savaşı sona erdikten sonra, yakıt ihtiyacının zaten azaldığı sırada başladı. Teknik sorunlar, enflasyon ve sürecin kişisel bir gösteriminin ardından destek olarak değişen Franz Joseph Emil Fischer'in sürekli eleştirisi ilerlemeyi yavaşlattı ve Bergius patentini Carl Bosch'un üzerinde çalıştığı BASF'ye sattı. II. Dünya Savaşı'ndan önce, yıllık 4 milyon ton sentetik yakıt kapasitesine sahip birkaç tesis inşa edildi. Bu tesisler, Almanya'ya yakıt ve madeni yağ sağlamak için II. Dünya Savaşı sırasında yaygın olarak kullanıldı.[4]

Kullanımı

II. Dünya Savaşı'ndan kalma bir sentetik benzin fabrikasındaki kömür asansörü kalıntıları (IG Farben Industrie Police, Polonya)

Bergius süreci, Nazi Almanyası'nın bir kartel firması olan Brabag tarafından yoğun bir şekilde kullanıldı. Süreci kullanan bitkiler, II.Dünya Savaşı Petrol Kampanyası sırasında bombalama hedeflendi. Şu anda ticari olarak Bergius süreci veya türevlerini işleten tesis bulunmamaktadır. En büyük gösteri tesisi, 1993 yılında faaliyete geçen ve Ruhrkohle tarafından işletilen Almanya'nın Bottrop kentindeki günlük 200 tonluk fabrikaydı. Çinli şirketin günde 4.000 ton kapasiteli bir tesis inşa ettiğine dair haberler var.[5] 2007 yılında faaliyete geçmesi bekleniyordu[6] ancak bunun başarıldığına dair bir teyit yok.

II. Dünya Savaşı sırasında Amerika Birleşik Devletleri, Louisiana, Missouri'deki bir tesiste kömürü benzine dönüştürmek için gizli araştırmalar yürüttü. Louisiana Operasyonu, yakalanan Alman teknolojisi kullanılarak yaklaşık 1946'da başladı. Mississippi Nehri kıyısında bulunan bu tesis, 1948 yılına kadar ticari miktarlarda benzin üretiyordu. Louisiana süreci yöntemi otomobil benzini, petrol bazlı benzinin üretiminden biraz daha yüksek bir fiyata üretti[7] fakat bununla karşılaştırılabilir bir fiyata ancak daha yüksek kalitede üretti.[] Tesis, petrol endüstrisinin yoğun lobi faaliyetlerinin ardından 1953 yılında Eisenhower yönetimi tarafından kapatıldı.[7]

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Bergius, Friedrich (21 Mayıs 1932). "Chemical reactions under high pressure" (PDF). Nobel Foundation. 2 Ocak 2007 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 23 Ocak 2009. 
  2. ^ Takao Kaneko, Frank Derbyshire, Eiichiro Makino, David Gray, Masaaki Tamura and Kejian Li "Coal Liquefaction" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, Wiley-VCH, DOI:10.1002/14356007.a07_197.pub2
  3. ^ "Degussa Geschichte - Friedrich Bergius". 19 Ekim 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Kasım 2009. 
  4. ^ Stranges, Anthony N. (1984). "Friedrich Bergius and the Rise of the German Synthetic Fuel Industry". Isis. 75 (4). The History of Science Society. ss. 643–667. doi:10.1086/353647. JSTOR 232411. 
  5. ^ [1] 19 Mart 2005 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  6. ^ China's first coal liquefaction scheduled to ease import burden 30 Mayıs 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi., UPDATED: 10:28, January 24, 2005, People's Daily Online
  7. ^ a b "Energy Policy in America since 1945". 19 Mayıs 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 17 Kasım 2020. 

Dış bağlantılar

Wikimedia Commons'ta Bergius süreci ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Kömür</span> katmanlı tortul çökellerin arasında bulunan katı, koyu renkli, karbon ve yanıcı gazlar bakımından zengin kayaç

Kömür, katmanlı tortul çökellerin arasında bulunan katı, koyu renkli, karbon ve yanıcı gazlar bakımından zengin kayaçtır. Taşkömürü torkugillerden oluşur. Kömür çoğunlukla diğer elementlerin değişken miktarlarda bulunmasıyla oluşur. Asıl bileşeni karbondur; bunun yanında değişken miktarda hidrojen, kükürt, oksijen ve azot içerir. Isı için yakılan bir fosil yakıt olan kömür dünyanın birincil enerjisinin yaklaşık dörtte birini ve elektriğinin beşte ikisini sağlar. Bazı demir ve çelik üretimi yapan işletmeler ve diğer endüstriyel faaliyetler kömürü yakar. Kömürün ekstraksiyonu ve kullanımı birçok erken ölüme ve çok fazla hastalığa neden olur. Kömür'den her yıl binlerce kişi erken ölüyor.

<span class="mw-page-title-main">Benzin</span> Petrolden imâl edilen bir tür yakıt.

Benzin, petrolden imal edilen bir tür yakıttır.

<span class="mw-page-title-main">Parafin</span>

Parafin mumu, petrolden elde edilen renksiz, kokusuz bir mum çeşididir. Parafin mumu ilk defa 1829 yılında Carl Reichenbach tarafından odun katranından; daha sonra bütümlü tabakalardan; 1867'den sonra da petrolden elde edildi. 1947'de de sentetik parafin mumu yapıldı.

<span class="mw-page-title-main">Benzen</span>

Benzen, aren veya aromatik hidrokarbonlar olarak adlandırılan organik bileşikler sınıfının en basit üyesidir. Renksiz, yanıcı, kaynama noktası 80,1 °C, erime noktası 5,5 °C olan bir sıvıdır. Moleküler formülü C6H6'dır. Benzen, endüstriyel bakımdan değerli olduğu gibi yapısı bakımından da kimya çalışmalarında önemlidir. Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan kanser yapıcı bileşikler arasına girer.

Yağ, oda sıcaklığında yüksek viskoziteye sahip, yüksek miktarda karbon ve hidrojen içeren, suyla karışmayan ancak diğer yağlarla kolayca karışabilen maddelerdir. Yağlar yiyecek, yakıt, boya, makine sanayii dâhil birçok değişik amaçla kullanılırlar.

Hidrojen ekonomisi, taşıtların ve elektrik dağıtım şebekesinin dengelenmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin, hidrojen (H2) olarak depolandığı, varsayılan bir gelecek ekonomisidir.

Hidrojenasyon, bir kimyasal reaksiyon sınıfıdır ve organik bileşiklere hidrojen (H2) eklenmesi işlemidir. Hidrojenasyon, özellikle doymamış organik bileşikler (alkenler, alkinler, ketonlar ve nitriller ) için önemli bir reaksiyondur. Genellikle basınç altında katalizörler yardımı ile direkt hidrojen eklemesi ile gerçekleştirilir. Hidrojenasyon için en klasik örnek, alkenlerdeki doymamış karbon kimyasal bağına bir hidrojenin ekleyerek, alkeni alkana dönüştürmektir. İlaç ve petrokimya endüstrisinde çok değişik uygulamaları vardır. Bu kimyasal işlemin tersi dehidrojenasyondur. Alkenlere hidrojenin katılması sonucunda Alkanlar oluşur. Alkankar sadece karbon-karbon tekli bağlara sahiptirler. Bu tepkimede katalizör kullanıldığından katalitik hidrojenleme olarak da adlandırılır. Alkenlere hidrojen katılma tepkimeleri ekzotermik tepkimeler olup oda sıcaklığında katalizörsüz tepkime gerçekleşmez. Burada katalizör kullanılarak tepkimenin oda sıcaklığında gerçekleşmesi sağlanır. Yalnız katalizörün etkisi bununla sınırlı kalmıyor. Kullanılan katalizör elde edilecek olan ürünün cis-Alkan ya da trans-Alkan olmasını etkilemektedir. Eğer kullanılan katalizör heterojen bir katalizör ise, (bir parça nikel, platin, paladyum) yani çözelti içerisinde heterojen olarak karışıyorsa katılan her iki hidrojen atomu alkenin aynı tarafına eklenir ve böylece cis-Alkan oluşur. Şayet bu katalizör çözelti içerisinde homojen olarak yayılan bir katalkizörse bu seferde trans-Alkan oluşmuş olacak.

Toluen tinerin karakteristik kokusuna sahip renksiz, suda çözünmeyen bir sıvıdır. Toluen, bir fenil grubuna bağlı CH3'ten oluşan mono-substituent benzen türevidir. Bundan dolayı toluenin IUPAC sistematik adı metil benzendir. Toluen bir aromatik hidrokarbondur. Ayrıca TNT (trinitrotoluen) patlayıcı madde yapımında kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Yakıt</span> Daha sonra çıkacak enerjiyi depolayabilen materyal

Yakıt, fiziksel ve kimyasal yapısında bir değişim meydana geldiğinde ısı enerjisi açığa çıkaran her türlü maddenin genel adı.

<span class="mw-page-title-main">Yakıt hücresi</span>

Alışıla gelmiş elektrik üretim sistemleri yakıtın içindeki enerjiyi elektriğe dönüştürmek için ilk olarak yanma reaksiyonunu kullanır. Yanma reaksiyonunun verimli bir şekilde gerçekleşmesi için yakıtın ve oksitleyicinin (oksijen) tam olarak karışması gerekir. Bundan sonra elektrik enerjisi üretilene kadar bir dizi ara işlem gereklidir. Her ara işlem enerji kaybına yol açar dolayısıyla verimi düşürür.

<span class="mw-page-title-main">Doğalgaz</span> yanıcı gazlardan oluşan fosil yakıt türü

Doğalgaz yer kabuğunun içindeki fosil kaynaklı bir çeşit yanıcı gaz karışımıdır. Bir petrol türevidir. Yakıt olarak önem sıralamasında ham petrolden sonra ikinci sırayı alır. Doğalgazın büyük bölümü (%70-90'ı), Metan (CH4) adı verilen hidrokarbon bileşiğinden oluşur. Diğer bileşenleri; etan (C2H6), propan (C3H8), bütan (C4H10) gazlarıdır. İçeriğinde eser miktarda karbondioksit (CO2), azot (N2), helyum(He) ve hidrojen sülfür (H2S) de bulunur. Doğalgaz konvansiyoneldir ve konvansiyonel olmayan doğalgaz türleri arasında kaya gazı, kum gazı ve kömür gazı bulunur.

<span class="mw-page-title-main">Sıvı yağları katılaştırma</span>

Katılaştırma, sıvı yağları katılaştırmak için kullanılan kimyasal bir yöntemdir. Bu işlem için genellikle Hidrojenasyon denilen yöntem kullanılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Ufa Petrol Rafinerisi</span>

Ufa Petrol Rafinerisi, Ufa'nın ve Başkurdistan'ın büyük petrol rafinerisi ve Rusya'nın en fazla benzin çıkaran kuruluşudur.

Kömür gazlaştırma, kömür ve su, hava ve/veya oksijenden, esas olarak karbonmonoksit (CO), hidrojen (H2), karbondioksit (CO2), doğalgaz (CH4) ve su buharından (H2O) oluşan bir karışım olan sentez gazı üretme işlemidir.

Gemi yakıtları, geminin ilerlemesini sağlayan güç ile ihtiyacı olan elektrik ve ısı enerjisini üretmek için yakıt yakan makinelerde kullanılan katı, sıvı veya gaz halde bulunan yakıtlardır.

<span class="mw-page-title-main">Biyokütleden sıvıya</span>

Biyokütleden sıvıya, termokimyasal bir yolla biyokütleden yapılmış sentetik hidrokarbon yakıtların üretilmesi için çok aşamalı bir işlemdir. Böyle yakıtlara grassolin denir.

<span class="mw-page-title-main">Sentetik yakıt</span>

Sentetik yakıt veya sinyakıt, sentez gazının kömür veya biyokütle gibi katı hammaddelerin gazlaştırılmasından veya doğal gazın yeniden şekillendirilmesinden elde edildiği bir karbonmonoksit ve hidrojen karışımı olan sentez gazından elde edilen sıvı veya bazen gaz halindeki yakıttır.

<span class="mw-page-title-main">GTL</span>

Gazdan sıvıya (GTL), doğal gazı veya diğer gaz halindeki hidrokarbonları benzin veya dizel yakıt gibi daha uzun zincirli hidrokarbonlara dönüştürmek için bir rafineri işlemidir. Metan bakımından zengin gazlar sıvı sentetik yakıtlara dönüştürülür. Metanın metanole doğrudan kısmi yanması ve karbon monoksit ve hidrojeni hidrokarbonlara dönüştüren Fischer-Tropsch benzeri işlemler olmak üzere iki genel strateji mevcuttur. Fischer-Tropsch benzeri işlemeler, hidrojen-karbon monoksit karışımlarını sıvılara dönüştürmek için çeşitli yöntemler takip etmektedir. Doğrudan kısmi yanma, doğada kanıtlanmıştır ancak ticari olarak henüz tekrarlanmamıştır. Kısmi yanmaya dayalı teknolojiler, esas olarak doğal gazın ucuz olduğu bölgelerde ticarileştirilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">RP-1</span>

RP-1, roket yakıtı olarak kullanılan, görünüm olarak jet yakıtına benzeyen ve çok yüksek düzeyde rafine edilmiş bir kerosen türüdür. RP-1, sıvı hidrojenden daha düşük bir özgül dürtü sağlar, ancak daha ucuzdur, oda sıcaklığında saklanabilir ve patlama tehlikesi çok daha düşüktür. RP-1, özgül enerjisi LH 2'den daha düşük olsa da, özkütlesi ondan fazla olduğundan daha yüksek bir enerji yoğunluğu sağlar. RP-1'in ayrıca oda sıcaklığında alternatif bir sıvı yakıt olan hidrazin kadar çok toksik ve kanserojen tehlikesi de yoktur.

<span class="mw-page-title-main">Franz Joseph Emil Fischer</span>

Franz Joseph Emil Fischer, Alman kimyagerdir. Kaiser Wilhelm Kömür Araştırma Enstitüsü'nün kurucusu ve ilk yöneticisiydi. Fischer-Tropsch sürecinin keşfiyle tanınır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.