فرآیند Fischer Tropsch: سوخت مصنوعی
واژگان کلیدی: فیشر ، تروپش ، فرآیند ، مایع سازی ، سوخت ، جامد ، مایع ، زغال سنگ ، کربن ، زیست توده ، سنکروود ، سینگها ، سنتز ، سوخت ، سوخت های زیستی ، سوخت های دیگر.
فرآیند فیشر تروپش فرآیند مایعات نسبتاً پیچیده ای برای سوخت جامد یا گازی است. به عبارت دیگر ، دستیابی به سوخت مایع از یک سوخت جامد یا گاز امکان پذیر است.
علاقه به فرآیند مایعات آشکار است ، در اینجا 2 دلیل اصلی آن وجود دارد:
- سوخت مایع معمولاً دارد یک مقدار کالری جالب تر از حجم، به این معنی است که وقتی سوخت به صورت مایع است ، همان انرژی شیمیایی بالقوه حجم بسیار کمتری نسبت به شکل جامد و حتی بیشتر برای گاز خواهد داشت. این امکان را برای ذخیره سازی و حمل و نقل آسان تر فراهم می کند.
مثال: برای همان انرژی ذخیره شده ، گلوله های چوبی حدود 3,5 برابر بیشتر از روغن سوخت مصرف می کنند.
- سوخت مایع به طور کلی بسیار راحت تر "قابل اشتعال" است و تنظیم بسیار آسانتری از انرژی را امکان پذیر می کند. به عنوان مثال ، این می تواند معیار اساسی در زمینه های انرژی خاصی از جمله حمل و نقل باشد.
فرآیند فیشر-Tropsch (طبق ویکی پدیا)
فرایند Fischer-Tropsch یک واکنش شیمیایی است که به منظور تبدیل آنها به هیدروکربن ها ، مونوکسیدکربن و هیدروژن را کاتالیز می کند. متداول ترین کاتالیزورها آهن یا کبالت هستند.
علاقه به این تبدیل تولید سوخت مایع مصنوعی ، Syncrude ، از ذغال سنگ ، چوب یا گاز است. تبدیل فیشر-تروپش از نظر عملکرد یک فرآیند بسیار کارآمد است ، اما به سرمایه گذاری های بسیار سنگینی نیاز دارد ، که آن را از نظر اقتصادی در برابر نوسانات نزولی قیمت هر بشکه نفت آسیب پذیر می کند. علاوه بر این ، مرحله تولید گاز سنتز (مخلوط H2 و CO) عملکرد نسبتاً ضعیفی از خود نشان می دهد که عملکرد کلی فرآیند را جریمه می کند.
واکنش فیشر-تروپش
فرآیند فیشر-Tropsch که توسط دو مخترع آن کشف شده است به شرح زیر است:
CH4 + 1 / 2O2 -> 2H2 + CO
(2n + 1) H2 + nCO -> CnH (2n + 2) + nH2O
مخلوط مونوکسیدکربن و هیدروژن را سینگاس یا سینگاس می نامند. تولید حاصل (خام مصنوعی یا سنکرود) برای به دست آوردن سوخت مصنوعی مورد نظر تصفیه می شود.
سرچشمه و تاریخچه این فرآیند (طبق ویکی پدیا)
اختراع فرآیند فیشر تروپش مربوط به سال 1925 است و به دو محقق آلمانی ، فرانتس فیشر و هانس تروپش نسبت داده می شود که در انستیتوی قیصر ویلهلم (آلمان) کار می کنند. این فرآیند بر اساس کاهش کاتالیستی اکسیدهای کربن توسط هیدروژن به منظور تبدیل آنها به هیدروکربن ها است. علاقه آن تولید ، از ذغال سنگ یا گاز ، یک روغن مصنوعی (syncrude) است که سپس به منظور تأمین سوخت مایع مصنوعی (synfuel) تصفیه می شود.
منشا آلمانی: 124 بشکه مصنوعی در روز در سال 000 ...
این روند توسط آلمان ، فقیر از نظر نفت و مستعمرات نفت ، اما سرشار از زغال سنگ برای تولید سوخت مایع ، توسعه یافته و مورد بهره برداری قرار گرفت ، که در طول جنگ جهانی دوم توسط آلمان ها و ژاپنی ها بسیار مورد استفاده قرار گرفت. بنابراین اولین کارخانه آزمایشی توسط Ruhrchemie AGS در سال 1934 راه اندازی شد و در سال 1936 صنعتی شد.
در آغاز سال 1944 ، رایش در حدود 124 بشکه در روز سوخت از زغال سنگ تولید می كرد ، كه بیش از 000٪ نیاز سوخت هواپیمایی و بیش از 90٪ كل سوخت مورد نیاز كشور را نشان می داد.
سوخت به دست آمده هنوز از کیفیت پایین تری (و به ویژه قوام) نسبت به سوخت با منشا نفتی برخوردار بود ، بنابراین مهندسان برای جبران اکتان نسبتاً کم به تزریق آب متوسل شدند. اطلاعات بیشتر: تزریق آب به Messerschmitt.
این تولید از 18 کارخانه روان سازی مستقیم بلکه همچنین از 9 کارخانه کوچک FT حاصل شده است که حدود 14 بشکه در روز تولید می کنند.
... بلکه در ژاپن نیز هست
ژاپن همچنین سعی در تولید سوخت از زغال سنگ داشت ، تولید عمدتاً از طریق کربن سازی در دمای پایین ، یک فرآیند ناکارآمد اما ساده بود.
با این حال ، شرکت میتسوی مجوز فرآیند فیشر تروپش را برای ساخت سه کارخانه در Miike ، Amagasaki و Takikawa از Ruhrchemie خریداری کرد که به دلیل مشکلات طراحی هرگز به ظرفیت اسمی خود نرسیدند.
در دهه 1944 ژاپن 114 تن سوخت از زغال سنگ تولید كرد ، اما فقط 000 مورد از این سوخت با استفاده از فرآیند FT ساخته شد. بین سالهای 18.000 و 1944 کارخانه های آلمان و ژاپن در اثر بمباران متفقین آسیب زیادی دیدند و اکثریت آنها پس از جنگ برچیده شدند.
کنار گذاشتن فناوری پس از جنگ به جز در آفریقای جنوبی
دانشمندان آلمانی که روند FT را توسعه داده بودند توسط آمریکایی ها اسیر شدند و هفت نفر از آنها در چارچوب عملیات Paperclip به ایالات متحده فرستاده شدند. با این حال پس از ساختاری در بازار نفت و افت شدید قیمت ، ایالات متحده تحقیقات را رها کرد و روند فیشر-Tropsch به خطر افتاد..
با این وجود ، در دهه 1950 میلادی دوباره به آفریقای جنوبی علاقه مند شد: این کشور با داشتن منابع زغال سنگ فراوان ، معادن بسیار مکانیزه (ساسول) احداث کرد که واحدهای CTL را تأمین می کند ، تولید آنها بر اساس دو سنتز متمایز فیشر تروپش:
- فرآیند آرگس (تولید شده توسط Ruhrchemie-Lurgi) برای تولید هیدروکربنهای با نقطه جوش بالا ، مانند روغن گاز و موم.
- فرآیند سنتول برای تولید هیدروکربن هایی با نقاط جوش پایین تر ، مانند بنزین ، استون و الکل ها.
این محصول برای تامین سوخت های جاده ای کافی بود.
هنوز در حال استفاده است
در سال 2006 ، این واحدها حدود یک سوم نیازهای آفریقای جنوبی را پوشش دادند و شرکت Sasol به یکی از متخصصان جهان در این زمینه تبدیل شد.
پس از اولین شوک نفتی در سال 1973 ، که باعث افزایش قیمت نفت خام شد ، چندین شرکت و محقق سعی در بهبود فرآیند اساسی فیشر-Tropsch کردند ، که منجر به طیف گسترده ای از فرآیندهای مشابه شد. ، تحت ترکیب سنتز فیشر-Tropsch یا جزء شیمی فیشر-Tropsch قرار گرفتند.
B-52 که در ذغال سنگ در آمریکا پرواز می کند
از سال 2000 ، این روند دوباره منافع اقتصادی را پیدا کرده است. بنابراین وزارت دفاع آمریكا در سپتامبر 2005 توسعه صنعت نفت مبتنی بر بهره برداری از منابع انرژی ایالات متحده در ذغال سنگ به منظور تولید سوخت توسط فرآیند فیشر-تروپش را توصیه كرد و بنابراین برای نیازهای خود به منابع طبیعی خارجی وابسته باشد.
از سال 2006 ، یک نیروی هوایی ایالات متحده B52 در حال انجام آزمایش هایی با سوخت فیشر-تروپش ، 50٪ مخلوط یا خالص است. در حال حاضر ، این یک موفقیت است که به ارتش آمریکا امکان می دهد استقلال استراتژیک سوخت نظامی خود را بدست آورد.
برنامه های سازگار با محیط زیست و پایدار
واقعیت مایع شدن زغال سنگ یا گاز چیزی را تغییر نمی دهد ، یا خیلی زیاد ، به اثر گلخانه ای و تخلیه منابع فسیلی تغییر نمی کند. دیر یا زود کربن در جو منتشر می شود و منابع طبیعی مورد استفاده تجدید پذیر نیست.
با استفاده از فرآیند فیشر-Tropsch از زیست توده ، بیوگاز یا حتی زباله های صنعتی آلی کاملاً متفاوت است.
بنابراین اصل کلی واکنش فیشر-تروپش از ابتدا بسیار متنوع بوده و فرآیندهای عمومی و نامهای بیشتری را به وجود آورده است ، مانند CtL (ذغال سنگ به مایعات) ، GtL (گاز به مایعات) اما به ویژه BtL. (زیست توده به مایعات). این آخرین بخش است که مورد توجه ویژه اقتصادشناسی است.
بسیاری از سازمان ها ، از جمله CEA ، در حال حاضر در تلاشند تا فرآیندهای تبدیل را بهبود بخشند ، در واقع ، بهره وری انرژی کلی این فناوری نیز یک نقطه ضعف است.
به عنوان مثال ، مایع سازی پسماندهای صنعتی توسط یک شرکت آلمانی (پخش شده در Autoplus در نوامبر 2005):
مقاله عالی با شخصیت تاریخی بسیار کامل، با این حال برخی از جزئیات از دست رفته است.
فرآیند اصلی برای تولید سوخت مصنوعی از زغال سنگ در طول 2GM "هیدروژناسیون زغال سنگ" بود که سنتز Bergius نیز نامیده می شود، که عمدتاً بنزین اکتان 87 هوانوردی را تولید می کند که در نام گذاری B4 نامیده می شود.
در بهترین حالت، هوانوردی آلمانی دارای مقدار کمی بنزین کراکینگ کاتالیزوری (شاخص 96، با نامگذاری C3) بود که از پالایش نفت به دست می آمد.
سنتز FT در این زمان نقش بسیار محدودی داشت.
پس از اقتباس از منابع دیگر؛ گاز طبیعی در دهه 70، زیست توده در دهه 90. از این پس این منابع غیر فسیلی خواهند بود که کم‌هزینه‌ترین و فراوان‌ترین آنها در نهایت هیدروژن خورشیدی و CO2 اتمسفر خواهد بود.