Het Fischer Tropsch-proces: synthetische brandstof
Steekwoorden: fisher, tropsh, process, liquefaction, fuel, solid, liquid, coal, carbon, biomass, syncrude, syngas, synthesis, fuel, biofuel, agofuels.
Het Fischer-Tropsch-proces is een vrij complex vloeibaarmakingsproces voor vaste of gasvormige brandstof. Met andere woorden, het maakt het mogelijk om een vloeibare brandstof te verkrijgen uit een vaste brandstof of gas.
Het belang van het liquefactieproces ligt voor de hand, hier zijn de 2 belangrijkste argumenten:
- een vloeibare brandstof heeft doorgaans een calorische waarde interessanter, dat wil zeggen dat dezelfde potentiële chemische energie een veel kleiner volume zal innemen wanneer de brandstof in vloeibare vorm is dan in vaste vorm en zelfs meer voor gas. Dit zorgt voor een gemakkelijkere opslag en transport.
Voorbeeld: voor dezelfde opgeslagen energie, houtpellets nemen ongeveer 3,5 keer meer volume op dan stookolie.
- een vloeibare brandstof is over het algemeen veel gemakkelijker "ontvlambaar" en maakt een veel gemakkelijkere regeling van het vermogen mogelijk. Dit kan een fundamenteel criterium zijn in sommige energievelden zoals transport.
Het Fischer-Tropsch-proces (volgens Wikipedia)
Het Fischer-Tropsch-proces is een chemische reactie die koolmonoxide en waterstof katalyseert om ze om te zetten in koolwaterstoffen. De meest voorkomende katalysatoren zijn ijzer of kobalt.
Het belang van de conversie is om synthetische vloeibare brandstof, Syncrude, te produceren uit steenkool, hout of gas. De Fischer-Tropsch-conversie is qua opbrengst een zeer efficiënt proces, maar vergt zeer zware investeringen en is daardoor economisch kwetsbaar voor neerwaartse schommelingen in de prijs van een vat olie. Bovendien vertoont de stap van het produceren van synthesegas (het mengsel van H2 en CO) een tamelijk slechte opbrengst, wat de algehele opbrengst van het proces nadelig beïnvloedt.
Fischer-Tropsch-reactie
Het Fischer-Tropsch-proces zoals ontdekt door zijn twee uitvinders is als volgt:
CH4 + 1 / 2O2 -> 2H2 + CO
(2n + 1) H2 + nCO -> CnH (2n + 2) + nH2O
Het mengsel van koolmonoxide en waterstof wordt syngas of syngas genoemd. De resulterende productie (synthetische ruwe olie of syncrude) wordt verfijnd om de gewenste synthetische brandstof te verkrijgen.
Oorsprong en geschiedenis van dit proces (volgens Wikipedia)
De uitvinding van de Fischer Tropsch-methode dateert uit 1925 en wordt toegeschreven aan twee Duitse onderzoekers, Franz Fischer en Hans Tropsch, werkzaam voor het Kaiser Wilhelm Institut (Duitsland). Dit proces is gebaseerd op de katalytische reductie van koolstofoxiden door waterstof om ze om te zetten in koolwaterstoffen. Het heeft er belang bij om uit steenkool of gas een synthetische aardolie (syncrude) te produceren die vervolgens wordt geraffineerd om te voorzien in synthetische vloeibare brandstof (synfuel).
Duitse oorsprong: 124 synthetische vaten per dag in 000 ...
Dit proces werd ontwikkeld en geëxploiteerd door Duitsland, arm aan olie en in oliekolonies, maar rijk aan steenkool om vloeibare brandstof te produceren, die op grote schaal werd gebruikt door de Duitsers en de Japanners tijdens de Tweede Wereldoorlog. Zo werd in 1934 de eerste proeffabriek opgericht door Ruhrchemie AGS en in 1936 geïndustrialiseerd.
Begin 1944 produceerde het Reich ongeveer 124 vaten brandstof per dag uit steenkool, wat goed was voor meer dan 000% van zijn behoefte aan vliegtuigbrandstof en meer dan 90% van de totale brandstofbehoefte van het land.
De verkregen brandstof was nog steeds van mindere kwaliteit (en vooral consistentie) dan brandstof van petroleumoorsprong, daarom namen de ingenieurs hun toevlucht tot waterinjectie om de vrij lage octaangetallen te compenseren. Meer informatie gebruiksaanwijzing: waterinjectie in de Messerschmitt.
Deze productie was afkomstig van 18-fabrieken voor directe liquefactie, maar ook 9 kleine FT-fabrieken, die sommige 14 000-vaten / dag produceerden.
... maar ook in Japan
Japan heeft ook geprobeerd om brandstoffen uit steenkool te produceren, de productie was voornamelijk door carbonisatie bij lage temperatuur, een proces dat niet erg efficiënt maar eenvoudig is.
Het Mitsui-bedrijf kocht echter een licentie voor het Fischer Tropsch-proces van Ruhrchemie om drie fabrieken te bouwen in Miike, Amagasaki en Takikawa, die vanwege ontwerpproblemen nooit hun nominale capaciteit bereikten.
In de jaren 1944 produceerde Japan 114 ton brandstof uit steenkool, maar slechts 000 hiervan werden gemaakt met behulp van het FT-proces. Tussen 18.000 en 1944 werden Duitse en Japanse fabrieken zwaar beschadigd door geallieerde bombardementen, en het merendeel werd na de oorlog ontmanteld.
Verlaten van technologie na de oorlog behalve in Zuid-Afrika
De Duitse wetenschappers die het FT-proces hadden ontwikkeld, werden gevangen genomen door de Amerikanen en zeven van hen werden naar de Verenigde Staten gestuurd als onderdeel van Operatie Paperclip. Na de structurering van de oliemarkt en de scherpe prijsdaling hebben de Verenigde Staten echter hun onderzoek opgegeven en is het Fischer-Tropsch-proces in onbruik geraakt.
In de jaren vijftig kreeg het echter weer belangstelling voor Zuid-Afrika: dit land, met overvloedige steenkoolvoorraden, bouwde sterk gemechaniseerde mijnen (Sasol) die CTL-eenheden leveren, waarvan de productie is gebaseerd op twee verschillende Fischer Tropsch-syntheses:
- Arge-proces (ontwikkeld door Ruhrchemie-Lurgi) voor de productie van koolwaterstoffen met een hoog kookpunt, zoals gasolie en wassen.
- Syntholproces voor de productie van koolwaterstoffen met een lager kookpunt, zoals benzine, aceton en alcoholen.
De productie was voldoende voor de levering van brandstoffen voor de weg.
Altijd vandaag gebruikt
In 2006 voorzagen deze eenheden in ongeveer een derde van de Zuid-Afrikaanse behoeften, en het bedrijf Sasol werd een van de wereldspecialisten op dit gebied.
Na de eerste olieschok 1973, die de stijging van de prijzen van ruwe olie, diverse bedrijven en onderzoekers veroorzaakt hebben geprobeerd om de fundamentele proces van het Fischer-Tropsch, die een verscheidenheid van gelijkaardige processen heeft geleid tot verbetering van gegroepeerd onder de Fischer-Tropsch-synthese of Fischer-Tropsch-chemiecomponent.
Een B-52 die vliegt in de VS.
Sinds de jaren 2000 heeft het proces daarom weer economische belangstelling gekregen. Zo adviseerde het Amerikaanse ministerie van Defensie in september 2005 de ontwikkeling van een olie-industrie gebaseerd op de exploitatie van de energiebronnen van de Verenigde Staten in steenkool om brandstof te produceren door het Fischer-Tropsch-proces en dus niet afhankelijk zijn van externe natuurlijke hulpbronnen voor zijn eigen behoeften.
Sinds 2006 voert een Amerikaanse luchtmacht B52 tests uit met Fischer-Tropsch-brandstof, 50% of puur mengsel. Voorlopig is het een succes waardoor het Amerikaanse leger een strategische onafhankelijkheid voor zijn militaire brandstof kan herwinnen.
Econologische en duurzame toepassingen
Het feit dat kolen of gas vloeibaar worden gemaakt, verandert niets, of niet veel, aan het broeikaseffect en aan de uitputting van fossiele bronnen; vroeg of laat komt koolstof vrij in de atmosfeer en is de gebruikte natuurlijke hulpbron niet hernieuwbaar.
Het is heel anders met het Fischer-Tropsch-proces van biomassa, biogas of zelfs organisch industrieel afval.
Dus het algemene principe van de Fischer-Tropsch-reactie is sinds het begin sterk gediversifieerd en heeft geleid tot meer algemene processen en namen, zoals CtL (Coal to Liquids), GtL (Gas to Liquids) maar vooral BtL. (Biomassa naar vloeistoffen). Het is deze laatste sector die van bijzonder belang is voor de economie.
Veel organisaties, waaronder CEA, werken momenteel aan de verbetering van conversieprocessen, omdat de algehele energie-efficiëntie van deze technologie ook een zwak punt is.
Voorbeeld: liquefactie van industrieel afval door een Duits bedrijf (uitgezonden in Autoplus in november 2005):
Uitstekend artikel met een zeer compleet historisch karakter, echter ontbreken er enkele details.
Het belangrijkste proces voor het produceren van synthetische brandstof uit steenkool tijdens 2GM was "koolhydrogenering", ook wel Bergius-synthese genoemd, waarbij voornamelijk luchtvaartbenzine met een octaangehalte van 87 werd geproduceerd, in de nomenclatuur B4 genoemd.
In het beste geval beschikte de Duitse luchtmacht over een beetje katalytisch krakende benzine (index 96, nomenclatuur C3), verkregen uit aardolieraffinage.
FT-synthese speelde op dat moment slechts een zeer beperkte rol.
Na te zijn aangepast uit andere bronnen; aardgas in de jaren 70, biomassa in de jaren 90; voortaan zullen dit niet-fossiele bronnen zijn, waarvan de minst dure en de meest voorkomende uiteindelijk zonnewaterstof en atmosferische CO2 zullen zijn.