Fischer Tropsch: combustível sólido com combustível líquido

O processo de Fischer Tropsch para sintetizar um combustível líquido

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O processo Fischer Tropsch é um processo de liquefação bastante complexo para um combustível sólido ou gasoso. Por outras palavras, torna possível obter um combustível líquido a partir de um combustível sólido ou gás.

O interesse do processo de liquefação é óbvio, eis dois argumentos principais:

- um combustível líquido geralmente tem um valor calorífico mais interessante, ou seja, a mesma energia química potencial terá um volume muito menos importante quando o combustível estiver na forma líquida do que sólido e ainda mais para o gás. Isso facilita o armazenamento e o transporte.
Exemplo: para a mesma energia armazenada, pellets de madeira levam cerca de 3,5 vezes mais volume que o óleo combustível.

- um combustível líquido geralmente é muito mais fácil de inflamar e permite uma regulação de energia muito mais fácil. Esse pode ser um critério fundamental em alguns campos de energia, como transporte, por exemplo.

O processo Fischer-Tropsch (de acordo com a Wikipedia)

O processo Fischer-Tropsch é uma reação química que catalisa o monóxido de carbono e o hidrogênio para convertê-los em hidrocarbonetos. Os catalisadores mais comuns são ferro ou cobalto.

O interesse da conversão é produzir combustível líquido sintético, Syncrude, a partir de carvão, madeira ou gás. A conversão de Fischer-Tropsch é um processo muito eficiente em termos de rendimento, mas requer investimentos muito pesados, o que a torna economicamente vulnerável a flutuações descendentes no preço de um barril de petróleo. Além disso, o estágio de produção do gás de síntese (a mistura de H2 e CO) apresenta um rendimento bastante medíocre, o que penaliza o rendimento geral do processo.

Equação de Fischer-Tropsch

O processo Fischer-Tropsch, descoberto por seus dois inventores, é o seguinte:

CH4 + 1 / 2O2 -> 2H2 + CO

(2n + 1) H2 + nCO -> CnH (2n + 2) + nH2O

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A mistura de monóxido de carbono e hidrogênio é chamada de gás de síntese ou syngas. A produção resultante (bruto sintético ou sincruso) é refinada para obter o combustível sintético desejado.

Origem e história deste processo (de acordo com a Wikipedia)

A invenção do processo Fischer Tropsch data de 1925 e é atribuída a dois pesquisadores alemães, Franz Fischer e Hans Tropsch, trabalhando para o Instituto Kaiser Wilhelm (Alemanha). Este processo é baseado na redução catalítica de óxidos de carbono pelo hidrogênio, a fim de convertê-los em hidrocarbonetos. Seu interesse é produzir, a partir de carvão ou gás, um óleo sintético (sincrude), que é então refinado para fornecer combustível líquido sintético (sinfuel).

Origem alemã: 124 barris sintéticos por dia em 000 ...

Esse processo foi desenvolvido e operado pela Alemanha, pobre em petróleo e colônias de petróleo, mas rico em carvão para produzir combustível líquido, que foi amplamente utilizado pelos alemães e japoneses durante a Segunda Guerra Mundial. Assim, foi construída a primeira planta piloto da Ruhrchemie AGS em 1934 e industrializada em 1936.

No início de 1944, o Reich produziu 124 barris / dia de combustível a partir de carvão, o que representava mais de 000% de suas necessidades de gasolina na aviação e mais de 90% do total de necessidades de combustível do país.

O combustível obtido ainda era de qualidade inferior (e acima de toda a consistência) do combustível de petróleo; portanto, os engenheiros usaram a injeção de água para compensar os números de octanas razoavelmente baixos. Saiba mais: injetar água no Messerschmitt.

Essa produção veio de instalações de liquefação direta 18, mas também de pequenas instalações de FT 9, que produziram alguns barris 14 000 / dia.

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... Mas também no Japão

O Japão também tentou produzir combustíveis a partir do carvão, a produção foi principalmente através da carbonização a baixa temperatura, um processo que não é muito eficiente, mas simples.

No entanto, a empresa Mitsui comprou uma licença do processo Fischer Tropsch em Ruhrchemie para construir três fábricas em Miike, Amagasaki e Takikawa, que nunca atingiram suas capacidades nominais devido a problemas de projeto.

Nos anos de 1944, o Japão produziu 114 toneladas de combustível a partir de carvão, mas apenas 000 delas foram produzidas pelo processo de Comércio Exterior. Entre 18.000 e 1944, as fábricas alemãs e japonesas foram seriamente danificadas pelo bombardeio dos Aliados, e a maioria foi desmantelada após a guerra.

Abandono da tecnologia após a guerra, exceto na África do Sul

Os cientistas alemães que desenvolveram o processo FT foram capturados pelos americanos e sete deles foram enviados para os Estados Unidos como parte da Operação Paperclip. No entanto, após a estruturação do mercado de petróleo e a forte queda nos preços, os Estados Unidos abandonaram a pesquisa e o processo Fischer-Tropsch caiu em desuso.

Nos anos 1950, porém, ele encontrou interesse na África do Sul: este país, com abundantes recursos de carvão, construiu minas altamente mecanizadas (Sasol) que abastecem unidades de CTL, cuja produção é baseada em duas sínteses separadas de Fischer Tropsch:
- Processo Arge (desenvolvido por Ruhrchemie-Lurgi) para a produção de hidrocarbonetos com alto ponto de ebulição, como diesel e ceras.
- Processo Synthol para a produção de hidrocarbonetos com pontos de ebulição mais baixos, como gasolina, acetona e álcoois.

A produção foi suficiente para o fornecimento de combustíveis rodoviários.

Sempre usado hoje

Em 2006, essas unidades cobrem cerca de um terço das necessidades sul-africanas e a Sasol se tornou um dos especialistas mundiais no campo.

Após o primeiro choque de óleo da 1973, que causou o aumento do preço do petróleo, várias empresas e pesquisadores tentaram melhorar o processo básico da Fischer-Tropsch, que deu origem a uma ampla variedade de processos similares , agrupados sob a síntese de Fischer-Tropsch ou o componente de química de Fischer-Tropsch.

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Um B-52 que voa nos EUA

Desde a década de 2000, o processo encontrou interesse econômico. Assim, o Departamento de Defesa Americano recomendou em setembro de 2005 o desenvolvimento de uma indústria de petróleo baseada na exploração dos recursos energéticos dos Estados Unidos no carvão, a fim de produzir combustível pelo processo Fischer-Tropsch e, portanto, não dependem de recursos naturais externos para suas próprias necessidades.

Desde 2006, uma Força Aérea dos EUA B52 realiza testes com combustível Fischer-Tropsch, em uma mistura pura de 50%. Por enquanto, é um sucesso que permitirá ao exército americano recuperar a independência estratégica de seu combustível militar.

Aplicações econômicas e sustentáveis

O fato de liquefazer carvão ou gás não altera nada, ou muito, o efeito estufa e o esgotamento dos recursos fósseis; mais cedo ou mais tarde o carbono será liberado na atmosfera e os recursos naturais utilizados não são renováveis.

É bastante diferente, usando o processo Fischer-Tropsch, de biomassa, biogás ou até resíduos industriais orgânicos.

Assim, o princípio geral da reação de Fischer-Tropsch diversificou-se muito desde o início e deu origem a processos e nomes mais genéricos, como CtL (carvão para líquidos), GtL (gás para líquidos), mas especialmente BtL (Biomassa para líquidos). É este último setor que interessa particularmente à econologia.

Muitas organizações, incluindo a CEA, estão atualmente trabalhando para melhorar os processos de conversão, pois a eficiência energética geral dessa tecnologia também é um ponto fraco.

Exemplo, liquefação de resíduos industriais por uma empresa alemã (publicada na Autoplus em novembro de 2005):

fischer tropsch em autoplus

mais:

- Liquefação de biomassa pelo CEA
- Outra liquefação do carvão: o processo Makhonnine
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