specifické technologie zkapalňování obecně spadají do dvou kategorií: přímé (DCL) a nepřímé zkapalňování (ICL). Přímé procesy jsou založeny na přístupech, jako je karbonizace, pyrolýza a hydrogenace.
nepřímé procesy zkapalňování obecně zahrnují zplyňování uhlí na směs oxidu uhelnatého a vodíku, často známý jako syntézní plyn nebo jednoduše syngas. Pomocí Fischer–Tropschova procesu se syngas převede na kapalné uhlovodíky.
naproti tomu procesy přímého zkapalňování přeměňují uhlí na kapaliny přímo, aniž by se musely spoléhat na mezistupně tím, že rozkládají organickou strukturu uhlí s aplikací rozpouštědla donoru vodíku, často při vysokých tlacích a teplotách. Vzhledem k tomu, že kapalné uhlovodíky mají obecně vyšší molární poměr vodík-uhlík než uhlí, musí být v technologiích ICL i DCL použity buď procesy hydrogenace nebo odmítnutí uhlíku.
v průmyslových měřítcích (tj. tisíce barelů / den) zařízení na zkapalňování uhlí obvykle vyžaduje kapitálové investice v hodnotě několika miliard dolarů.
pyrolýzní a karbonizační procesyeditovat
existuje řada karbonizačních procesů. K karbonizační konverzi obvykle dochází pyrolýzou nebo destruktivní destilací. Produkuje kondenzovatelný uhelný dehet, olej a vodní páru, nekondenzovatelný syntetický plyn a pevný zbytek – char.
typickým příkladem karbonizace je Karrickův proces. V tomto nízkoteplotním karbonizačním procesu se uhlí zahřívá při 680 °F (360 °C) na 1 380 °F (750 °C) v nepřítomnosti vzduchu. Tyto teploty optimalizují produkci uhelných dehtů bohatších na lehčí uhlovodíky než normální uhelný dehet. Jakékoli vyrobené kapaliny jsou však většinou vedlejším produktem a hlavním produktem je polokoks-pevné a bezdýmné palivo.
proces COED, vyvinutý společností FMC Corporation, používá fluidní lože pro zpracování, v kombinaci se zvyšující se teplotou, prostřednictvím čtyř fází pyrolýzy. Teplo je přenášeno horkými plyny vznikajícími spalováním části vyrobeného char. Modifikace tohoto procesu, proces COGAS, zahrnuje přidání zplyňování char. Proces TOSCOAL, analogický s procesem retortování ropných břidlic Tosco II a procesem Lurgi-Ruhrgas, který se také používá pro extrakci břidlicového oleje, používá horké recyklované pevné látky pro přenos tepla.
kapalné výtěžky pyrolýzy a Karrickova procesu jsou obecně považovány za příliš nízké pro praktické použití pro výrobu syntetických kapalných paliv. Výsledné uhelné dehty a oleje z pyrolýzy obecně vyžadují další zpracování, než mohou být použitelné jako motorová paliva; zpracovávají se hydrogenací za účelem odstranění druhů síry a dusíku, poté se nakonec zpracovávají na kapalná paliva.
stručně řečeno, ekonomická životaschopnost této technologie je sporná.
hydrogenační procesyeditovat
jednou z hlavních metod přímé přeměny uhlí na kapaliny hydrogenačním procesem je Bergiův proces, vyvinutý Friedrichem Bergiusem v roce 1913. V tomto procesu se suché uhlí smíchá s těžkým olejem recyklovaným z procesu. Do směsi se obvykle přidává katalyzátor. Reakce probíhá při tlaku vodíku mezi 400 °C (752 °F) až 500 °C (932 °F) a 20 až 70 MPa. Reakci lze shrnout takto:
n C + (n + 1 ) H 2 C C n H 2 n + 2 {\displaystyle n {\ce {c}}+(n+1) {\ce {H2 – > c}}{}_{n} {\ce {H}}_{2n+2}}
po první světové válce bylo v Německu postaveno několik závodů založených na této technologii; tyto rostliny byly během druhé světové války hojně využívány k zásobování Německa palivem a mazivy. Proces Kohleoel, vyvinutý v Německu Ruhrkohle a VEBA, byl použit v demonstračním závodě s kapacitou 200 tun lignitu denně, postaveném v německém Bottropu. Tento závod fungoval od roku 1981 do roku 1987. V tomto procesu se uhlí smísí s recyklačním rozpouštědlem a železným katalyzátorem. Po předehřátí a natlakování se přidá H2. Proces probíhá v trubkovém reaktoru při tlaku 300 bar (30 MPa) a při teplotě 470 °C (880 °F). Tento proces prozkoumal také SASOL v Jižní Africe.
během 70.a 80. let vyvinuly japonské společnosti Nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries a Mitsubishi Heavy Industries proces NEDOL. Při tomto procesu se uhlí smísí s recyklovaným rozpouštědlem a syntetickým katalyzátorem na bázi železa; po předehřátí se přidá H2. Reakce probíhá v trubkovém reaktoru při teplotě mezi 430 °C (810 °F) a 465 °C (870 °F) při tlaku 150-200 barů. Vyráběný olej má nízkou kvalitu a vyžaduje intenzivní modernizaci. H-uhelný proces, vyvinutý společností uhlovodík Research, Inc., v roce 1963 smíchá práškové uhlí s recyklovanými kapalinami, vodíkem a katalyzátorem v reaktoru s odlehčeným ložem. Výhody tohoto procesu spočívají v tom, že v jednom reaktoru dochází k rozpouštění a modernizaci oleje, produkty mají vysoký poměr H/C a rychlou reakční dobu, zatímco hlavními nevýhodami jsou vysoký výtěžek plynu (jedná se v podstatě o proces tepelného krakování), vysoká spotřeba vodíku a omezení použití oleje pouze jako kotlového oleje kvůli nečistotám.
procesy SRC-I a SRC-II (Solvent Refined Coal) byly vyvinuty společností Gulf Oil a implementovány jako pilotní závody ve Spojených státech v 1960 a 1970.
společnost Nuclear Utility Services Corporation vyvinula hydrogenační proces, který byl patentován Wilburnem C.Schroederem v 1976. Proces zahrnoval sušené, práškové uhlí smíchané se zhruba 1WT % molybdenovými katalyzátory. Hydrogenace nastala použitím vysokoteplotního a tlakového syntézního plynu vyrobeného v samostatném zplyňovači. Postupem se nakonec získal syntetický surový produkt, nafta, omezené množství plynu C3/C4, kapaliny lehké střední hmotnosti (C5-C10) vhodné pro použití jako paliva, malé množství NH3 a významné množství CO2. Dalšími jednostupňovými hydrogenačními procesy jsou Proces donorového rozpouštědla Exxon, vysokotlaký proces Imhausen a proces chloridu zinečnatého Conoco.
existuje také řada dvoustupňových procesů přímého zkapalňování; po 80. letech však pouze katalytický dvoustupňový proces zkapalňování, modifikovaný z procesu h-uhlí; proces extrakce kapalných rozpouštědel společností British Coal; a proces zkapalňování hnědého uhlí v Japonsku byly vyvinuty.
Čínská těžební společnost Shenhua se v roce 2002 rozhodla postavit závod na přímé zkapalňování v Erdosu ve Vnitřním Mongolsku (Erdos CTL) s kapacitou barelů 20 tisíc barelů denně (3,2×103 m3/d) kapalných produktů včetně motorové nafty, zkapalněného ropného plynu (LPG) a nafty (ropný ether). První testy byly provedeny na konci roku 2008. Druhá a delší testovací kampaň byla zahájena v říjnu 2009. V roce 2011 Shenhua Group oznámila, že přímý zkapalňovací závod byl v nepřetržitém a stabilním provozu od listopadu 2010 a že Shenhua vydělal 800 milionů juanů (125.1 milionů USD) před zdaněním v prvních šesti měsících roku 2011 na projektu.
Chevron Corporation vyvinula proces vynalezený Joelem W. Rosenthalem nazvaný proces zkapalňování uhlí Chevron (CCLP). Je jedinečný díky těsné vazbě nekatalytického rozpouštěče a katalytické hydroprocesní jednotky. Vyrobený olej měl vlastnosti, které byly jedinečné ve srovnání s jinými uhelnými oleji; byl lehčí a měl mnohem méně heteroatomových nečistot. Tento proces byl rozšířen až na úroveň 6 tun za den, ale nebyl komerčně prokázán.
nepřímé konverzní procesyeditovat
procesy nepřímého zkapalňování uhlí (ICL) fungují ve dvou fázích. V prvním stupni se uhlí přemění na syngas(čištěná směs plynu CO a H2). Ve druhém stupni se syngas převede na lehké uhlovodíky pomocí jednoho ze tří hlavních procesů: Fischer-Tropschova syntéza, syntéza methanolu s následnou přeměnou na benzin nebo petrochemické látky a methanace. Fischer-Tropsch je nejstarší z procesů ICL.
v procesech syntézy methanolu se syngas převede na methanol, který se následně polymeruje na alkany přes zeolitový katalyzátor. Tento proces, pod přezdívkou MTG (MTG pro „Methanol na benzín“), byl vyvinut společností Mobil na počátku 1970. let a je testován v demonstračním závodě Jincheng Anthracite Mining Group (JAMG) v čínském Shanxi. Na základě této syntézy methanolu vyvinula Čína také silný průmysl uhlí k chemickým látkám s výstupy, jako jsou olefiny, MEG, DME a aromatické látky.
Methanační reakce přeměňuje syngas na náhradní zemní plyn (SNG). Great Plains zplyňování Plant v Beulah, Severní Dakota je uhlí-to-SNG zařízení produkující 160 milionů kubických stop denně SNG, a je v provozu od roku 1984. Několik uhelných elektráren na SNG je v provozu nebo v projektu v Číně, Jižní Koreji a Indii.
při jiné aplikaci zplyňování reaguje vodík extrahovaný ze syntetického plynu s dusíkem za vzniku amoniaku. Amoniak pak reaguje s oxidem uhličitým za vzniku močoviny.
výše uvedené případy komerčních zařízení založených na nepřímých procesech zkapalňování uhlí, stejně jako mnoho dalších, které zde nejsou uvedeny, včetně těch, které jsou ve fázích plánování a ve výstavbě, jsou uvedeny v tabulce světové databáze zplyňování Rady pro technologie zplyňování.