Bergius süreci

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.

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.

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. 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.

Kullanımı 

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. 2007 yılında faaliyete geçmesi bekleniyordu 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 fakat bununla karşılaştırılabilir bir fiyata ancak daha yüksek kalitede üretti. Tesis, petrol endüstrisinin yoğun lobi faaliyetlerinin ardından 1953 yılında Eisenhower yönetimi tarafından kapatıldı.

Ayrıca bakınız 
 Fischer-Tropsch reaksiyonu

Kaynakça

Dış bağlantılar 

The Early Days of Coal Research, U.S. Department of Energy webpage

Kömür
Kataliz
Sentetik yakıt teknolojileri
Alman icatları
1913'te bilim