erityiset nesteyttämistekniikat jaetaan yleensä kahteen luokkaan: suoriin (DCL) ja epäsuoriin nesteyttämisprosesseihin (ICL). Suorat prosessit perustuvat lähestymistapoihin, kuten karbonointi, pyrolyysi ja vedytys.
epäsuorissa nesteytysprosesseissa kaasutetaan yleensä kivihiiltä hiilimonoksidin ja vedyn seokseksi, joka tunnetaan usein synteesikaasuna tai yksinkertaisesti synteesikaasuna. Fischer-Tropsch-prosessin avulla synteesi muunnetaan nestemäisiksi hiilivedyiksi.
sitä vastoin suorat nesteytysprosessit muuttavat kivihiilen nesteiksi suoraan ilman, että niiden tarvitsee turvautua välivaiheisiin hajottamalla kivihiilen orgaaninen rakenne käyttämällä vetyä luovuttavaa liuotinta, usein korkeissa paineissa ja lämpötiloissa. Koska nestemäisillä hiilivedyillä on yleensä suurempi vety-hiili-moolisuhde kuin hiilillä, sekä ICL-että DCL-teknologioissa on käytettävä joko hydraus-tai hiilenhylkintäprosesseja.
teollisessa mittakaavassa (ts. tuhansia barreleita päivässä) kivihiilen nesteytyslaitos vaatii tyypillisesti miljardien dollarien pääomainvestointeja.
pyrolyysi-ja karbonisaatioprosesseja on
olemassa useita karbonisaatioprosesseja. Karbonatisoitumiskonversio tapahtuu tyypillisesti pyrolyysin tai destruktiivisen tislauksen kautta. Se tuottaa kondensoituvaa kivihiilitervaa, öljyä ja vesihöyryä, kondensoitumatonta synteettistä kaasua ja kiinteää jäännöstä-nieriää.
yksi tyypillinen esimerkki hiiletyksestä on Karrickin prosessi. Tässä matalan lämpötilan karbonisointiprosessissa hiiltä kuumennetaan ilman puuttuessa 680 °F (360 °C) – 1 380 °F (750 °C). Nämä lämpötilat optimoivat kivihiilitervan tuotannon normaalia kivihiilitervaa kevyemmissä hiilivedyissä. Kaikki valmistetut nesteet ovat kuitenkin useimmiten sivutuotteita, ja päätuote on puolikoksi-kiinteä ja Savuton polttoaine.
FMC Corporationin kehittämä YHTEISPROSESSI käyttää leijupetiä prosessointiin yhdessä lämpötilan nousun kanssa neljän pyrolyysivaiheen kautta. Lämpöä siirretään kuumilla kaasuilla, joita syntyy palamalla osa tuotetusta nieriästä. Tämän prosessin muunnos, COGAS-prosessi, sisältää nieriän kaasuttamisen lisäämisen. TOSCOAL-prosessi, joka on analoginen TOSCO II–öljyliuskeen retortointiprosessin ja Lurgi-Ruhrgas-prosessin kanssa, jota käytetään myös liuskeöljyn uuttamisessa, käyttää lämmönsiirtoon kuumaa kierrätettyä kiintoainetta.
pyrolyysin ja Karrick-prosessin nestemäisiä saantoja pidetään yleisesti liian pieninä synteettisen nestemäisen polttoaineen tuotantoon. Pyrolyysistä syntyvät kivihiilitervat ja öljyt vaativat yleensä jatkokäsittelyä ennen kuin niitä voidaan käyttää moottoripolttoaineina; ne käsitellään vetykäsittelyllä rikki-ja typpilajien poistamiseksi, minkä jälkeen ne lopuksi jalostetaan nestemäisiksi polttoaineiksi.
yhteenvetona voidaan todeta, että tämän teknologian taloudellinen kannattavuus on kyseenalainen.
Hydrausprosessitedit
yksi tärkeimmistä menetelmistä hiilen muuttamiseksi suoraan nesteiksi hydrausprosessilla on Friedrich Bergiuksen vuonna 1913 kehittämä Bergiuksen prosessi. Tässä prosessissa kuiva hiili sekoitetaan prosessista kierrätettyyn raskaaseen öljyyn. Seokseen lisätään tyypillisesti katalyytti. Reaktio tapahtuu 400 °C: n (752 °F) – 500 °C: n (932 °F) ja 20-70 MPa: n vedynpaineessa. Reaktio voidaan tiivistää seuraavasti:
n C + (n + 1 ) H 2 ⟶ C n H 2 n + 2 {\displaystyle n{\ce {C}}+(n+1) {\ce {H2 – > C}} {} _ {n}{\ce {h}} _ {2n+2}}
ensimmäisen maailmansodan jälkeen Saksaan rakennettiin useita tähän teknologiaan perustuvia tehtaita; näitä tehtaita käytettiin runsaasti toisen maailmansodan aikana Saksan poltto-ja voiteluaineiden toimittamiseen. Ruhrkohlen ja Veban Saksassa kehittämää Kohleoel-prosessia käytettiin Saksan Bottropiin rakennetussa demonstraatiolaitoksessa, jonka kapasiteetti on 200 tonnia ruskohiiltä päivässä. Tehdas toimi vuosina 1981-1987. Tässä prosessissa kivihiili sekoitetaan kierrätysliuottimeen ja rautakatalyyttiin. Esilämmityksen ja paineistuksen jälkeen lisätään H2. Prosessi tapahtuu putkimaisessa reaktorissa 300 Barin (30 MPa) paineessa ja 470 °C: n (880 °F) lämpötilassa. Tätä prosessia tutki myös SASOL Etelä-Afrikassa.
1970-ja 1980-luvuilla japanilaiset nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries ja Mitsubishi Heavy Industries kehittivät nedol-prosessia. Tässä prosessissa hiili sekoitetaan kierrätysliuottimeen ja synteettiseen rautapohjaiseen katalyyttiin; esilämmityksen jälkeen lisätään H2. Reaktio tapahtuu putkimaisessa reaktorissa 430 °C: n (810 °F) ja 465 °C: n (870 °F) välillä paineessa 150-200 bar. Tuotettu öljy on heikkolaatuista ja vaatii intensiivistä jalostusta. H-Kivihiiliprosessi, jonka on kehittänyt Hiilivetytutkimus, Inc., vuonna 1963, sekoittaa jauhemaista hiiltä kierrätettyihin nesteisiin, vetyyn ja katalyyttiin ebullatussa bed-reaktorissa. Tämän prosessin etuja ovat se, että liukeneminen ja öljyn päivitys tapahtuvat yhdessä reaktorissa, tuotteilla on korkea H/C-suhde ja nopea reaktioaika, kun taas tärkeimmät haitat ovat korkea kaasun saanto (tämä on pohjimmiltaan lämpökrakkausprosessi), korkea vedyn kulutus ja öljyn käytön rajoittaminen vain kattilaöljynä epäpuhtauksien vuoksi.
Gulf Oil kehitti SRC-i-ja SRC-II-prosessit (Liuotinjalostettu hiili), ja ne toteutettiin pilottilaitoksina Yhdysvalloissa 1960-ja 1970-luvuilla.
Nuclear Utility Services Corporation kehitti hydrausprosessin, jonka Wilburn C. Schroeder patentoi vuonna 1976. Prosessissa käytettiin kuivattua, jauhettua hiiltä, johon oli sekoitettu noin 1WT% molybdeenikatalyyttejä. Vedytys tapahtui käyttämällä korkeassa lämpötilassa ja paineessa synteesikaasua, joka tuotettiin erillisessä kaasuttimessa. Prosessissa saatiin lopulta synteettinen raakatuote, teollisuusbensiini, rajoitettu määrä C3 / C4-kaasua, kevyet keskipainoiset nesteet (C5-C10), jotka soveltuvat käytettäväksi polttoaineena, pieniä määriä NH3: A ja merkittäviä määriä CO2: ta. Muita yksivaiheisia hydrausprosesseja ovat Exxonin Luovuttajaliuotusprosessi, Imhausenin Korkeapaineprosessi ja Conocon Sinkkikloridiprosessi.
on olemassa myös useita kaksivaiheisia suoria nesteyttämisprosesseja; 1980-luvun jälkeen kuitenkin vain H-Hiiliprosessista muunnettu katalyyttinen kaksivaiheinen Nesteyttämisprosessi; British Coal on kehittänyt nestemäisen liuottimen uuttoprosessin ja Japanin ruskohiilen Nesteytysprosessin.
Kiinalainen hiilikaivosyhtiö Shenhua päätti vuonna 2002 rakentaa Sisä-Mongolian erdokseen (Erdos CTL) suoran nesteytyslaitoksen, jonka kapasiteetti on 20 tuhatta barrelia päivässä (3,2×103 m3/d) nestemäisiä tuotteita, kuten dieselöljyä, nestekaasua (nestekaasua) ja teollisuusbensiiniä (petrolieetteriä). Ensimmäiset testit tehtiin vuoden 2008 lopussa. Toinen ja pidempi testikampanja aloitettiin lokakuussa 2009. Vuonna 2011 Shenhua Group kertoi, että suora nesteytyslaitos oli ollut jatkuvassa ja vakaassa toiminnassa marraskuusta 2010 lähtien ja että Shenhua oli tehnyt projektista 800 miljoonan yuanin (125,1 miljoonan dollarin) tuloksen ennen veroja vuoden 2011 kuuden ensimmäisen kuukauden aikana.
Chevron Corporation kehitti Joel W. Rosenthalin keksimän prosessin nimeltä Chevron Coal Liquefaction Process (cclp). Se on ainutlaatuinen ei-katalyyttisen liuotinyksikön ja katalyyttisen hydroprocessing-yksikön tiiviin kytkennän vuoksi. Tuotetulla öljyllä oli ainutlaatuisia ominaisuuksia verrattuna muihin hiiliöljyihin; se oli kevyempi ja siinä oli paljon vähemmän heteroatomisia epäpuhtauksia. Prosessi skaalattiin-jopa 6 tonnia päivässä tasolle, mutta ei todistettu kaupallisesti.
epäsuorat muuntamisprosessitedit
epäsuorat kivihiilen nesteytysprosessit (ICL) toimivat kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa kivihiili muunnetaan syntaasiksi (puhdistettu CO-ja H2-kaasun seos). Toisessa vaiheessa synteesi muunnetaan kevyiksi hiilivedyiksi käyttämällä yhtä kolmesta pääprosessista: Fischer-Tropsch-synteesi, metanolisynteesi, joka myöhemmin muunnetaan bensiiniksi tai petrokemikaaleiksi, ja metanointi. Fischer-Tropsch on vanhin ICL-prosesseista.
metanolin synteesiprosesseissa syngas muunnetaan metanoliksi, joka myöhemmin polymeroituu alkaaneiksi zeoliittikatalyytillä. Mobil kehitti tämän menetelmän nimellä moniker MTG (MTG ”metanolista bensiiniin”) 1970-luvun alussa, ja sitä testataan Jincheng antrasiitti Mining Groupin (JAMG) demonstrointilaitoksessa Shanxissa, Kiinassa. Tämän metanolisynteesin pohjalta Kiinassa on kehittynyt myös vahva hiilestä kemianteollisuuteen, jonka tuotoksia ovat olefiinit, MEG, DME ja aromaattiset aineet.
Metanointireaktio muuntaa syngat korvaavaksi maakaasuksi (SNG). Great Plains Gasification Plant Beulahissa, Pohjois-Dakotassa on hiilestä SNG: hen tuotettu laitos, joka tuottaa 160 miljoonaa kuutiometriä päivässä SNG: tä, ja se on ollut toiminnassa vuodesta 1984. Useita hiilivoimaloita on toiminnassa tai hankkeessa Kiinassa, Etelä-Koreassa ja Intiassa.
toisessa kaasutuksessa synteettisestä kaasusta uutettu vety reagoi typen kanssa muodostaen ammoniakkia. Tämän jälkeen ammoniakki reagoi hiilidioksidin kanssa muodostaen ureaa.
edellä mainitut hiilen epäsuoriin nesteytysprosesseihin perustuvat kaupalliset laitokset sekä monet muut, joita ei ole lueteltu tässä, mukaan lukien suunnitteluvaiheessa olevat ja Rakenteilla olevat laitokset, on esitetty kaasutus Technologies Councilin maailman Kaasutustietokannassa.