a specifikus cseppfolyósítási technológiák általában két kategóriába sorolhatók: közvetlen (DCL) és közvetett cseppfolyósítási (ICL) folyamatok. A közvetlen folyamatok olyan megközelítéseken alapulnak, mint a karbonizáció, a pirolízis és a hidrogénezés.
a közvetett cseppfolyósítási folyamatok általában a szén szén-monoxid és hidrogén keverékévé történő gázosítását jelentik, amelyet gyakran szintézis gáznak vagy egyszerűen syngasnak neveznek. A Fischer-Tropsch eljárás alkalmazásával a szingáz folyékony szénhidrogénekké alakul.
ezzel szemben a közvetlen cseppfolyósítási folyamatok a szenet közvetlenül folyadékokká alakítják, anélkül, hogy közbenső lépésekre kellene támaszkodniuk a szén szerves szerkezetének hidrogén-donor oldószer alkalmazásával történő lebontásával, gyakran magas nyomáson és hőmérsékleten. Mivel a folyékony szénhidrogének általában magasabb hidrogén-szén mólaránnyal rendelkeznek, mint a szén, mind az ICL, mind a DCL technológiákban hidrogénezési vagy szén-kilökődési eljárásokat kell alkalmazni.
ipari méretekben (pl. több ezer hordó / nap) a szén cseppfolyósító üzem általában több milliárd dolláros tőkebefektetést igényel.
pirolízis és karbonizációs folyamatokszerkesztés
számos karbonizációs folyamat létezik. A karbonizációs átalakítás általában pirolízissel vagy destruktív desztillációval történik. Kondenzálódó kőszénkátrányt, olaj-és vízgőzt, nem kondenzálódó szintetikus gázt és szilárd maradékot termel-szén.
a karbonizáció egyik tipikus példája a Karrick-folyamat. Ebben az alacsony hőmérsékletű karbonizációs folyamatban a szenet levegő hiányában 680 (360) és 1380 (750) (750) között melegítik. Ezek a hőmérsékletek optimalizálják a normál kőszénkátránynál könnyebb szénhidrogénekben gazdagabb kőszénkátrányok előállítását. Azonban minden előállított folyadék többnyire melléktermék, és a fő termék a félig koksz-szilárd és füstmentes üzemanyag.
az FMC Corporation által kifejlesztett koedukált eljárás fluidágyat használ a feldolgozáshoz, növekvő hőmérséklettel kombinálva, a pirolízis négy szakaszán keresztül. A hőt forró gázok továbbítják, amelyeket az előállított szén egy részének elégetésével állítanak elő. Ennek a folyamatnak a módosítása, a COGAS folyamat, magában foglalja a szén gázosításának hozzáadását. A Tosco–eljárás, amely analóg a Tosco II olajpala-visszavételi eljárással és a lurgi-Ruhrgas eljárással, amelyet szintén használnak a palaolaj-kitermeléshez, forró újrahasznosított szilárd anyagokat használ a hőátadáshoz.
a pirolízis és a Karrick-eljárás Folyadékhozamát általában túl alacsonynak tekintik a szintetikus folyékony üzemanyag előállításához való gyakorlati alkalmazáshoz. A pirolízisből származó kátrányok és olajok általában további kezelést igényelnek, mielőtt motorüzemanyagként felhasználhatók lennének; hidrogénezéssel dolgozzák fel a kén – és nitrogénfajok eltávolítására, majd végül folyékony tüzelőanyagokká dolgozzák fel őket.
összefoglalva, e technológia gazdasági életképessége megkérdőjelezhető.
hidrogénezési folyamatokszerkesztés
a szén hidrogénezési eljárással történő közvetlen átalakításának egyik fő módszere a Bergius-folyamat, amelyet Friedrich Bergius fejlesztett ki 1913-ban. Ebben a folyamatban a száraz szenet összekeverik a folyamatból újrahasznosított nehézolajjal. A keverékhez jellemzően katalizátort adunk. A reakció 400-752-500-532-20-70 MPa hidrogénnyomáson megy végbe. A reakció az alábbiak szerint foglalható össze:
n C + (n + 1 ) H 2 KB C N H 2 N + 2 {\displaystyle n {\ce {C}}+(n + 1) {\ce {H2 – > C}} {} _ {n} {\ce {H}} _ {2n+2}}
az első világháború után Németországban több, ezen technológián alapuló üzem épült; ezeket az üzemeket széles körben használták a második világháború alatt, hogy Németországot üzemanyaggal és kenőanyagokkal lássák el. A Ruhrkohle és a VEBA által Németországban kifejlesztett Kohleoel-eljárást a németországi Bottropban épített, napi 200 tonna barnaszén kapacitású demonstrációs üzemben alkalmazták. Ez az üzem 1981-től 1987-ig működött. Ebben a folyamatban a szenet összekeverik egy újrahasznosító oldószerrel és vas katalizátorral. Előmelegítés és nyomás alá helyezés után H2-t adunk hozzá. A folyamat egy cső alakú reaktorban történik 300 bar (30 MPa) nyomáson és 470 db C (880 db F) hőmérsékleten. Ezt a folyamatot a SASOL Dél-Afrikában is feltárta.
az 1970-es és 1980-as években a nippon Kokan, a Sumitomo Metal Industries és a Mitsubishi Heavy Industries japán vállalatok fejlesztették ki a NEDOL folyamatot. Ebben az eljárásban a szenet újrahasznosított oldószerrel és szintetikus vasalapú katalizátorral keverik; előmelegítés után H2-t adnak hozzá. A reakció egy cső alakú reaktorban történik, 430-310-465-470-200 bar nyomáson . Az előállított olaj gyenge minőségű, intenzív korszerűsítést igényel. H-szén folyamat, által kifejlesztett szénhidrogén Research, Inc., 1963-ban a porított szenet újrahasznosított folyadékokkal, hidrogénnel és katalizátorral keveri az elöntött ágyas reaktorban. Ennek a folyamatnak az előnye, hogy az oldódás és az olaj korszerűsítése az egyetlen reaktorban zajlik, a termékek magas H/C arányúak és gyors reakcióidővel rendelkeznek, míg a fő hátrányok a magas gázhozam (ez alapvetően termikus krakkolási folyamat), a magas hidrogénfogyasztás és az olajhasználat korlátozása csak kazánolajként a szennyeződések miatt.
az SRC-I és SRC-II (oldószeres finomított szén) eljárásokat a Gulf Oil fejlesztette ki, és kísérleti üzemként hajtották végre az Egyesült Államokban az 1960-as és 1970-es években.
a Nuclear Utility Services Corporation kifejlesztette a hidrogénezési eljárást, amelyet Wilburn C. Schroeder szabadalmaztatott 1976-ban. Az eljárás során szárított, porított szén keverve nagyjából 1WT% molibdén katalizátorok. A hidrogénezés külön gázosítóban előállított magas hőmérsékletű és nyomású szintézisgáz alkalmazásával történt. Az eljárás végül szintetikus nyersterméket, benzint, korlátozott mennyiségű C3/C4 gázt, tüzelőanyagként használható könnyű-közepes tömegű folyadékokat (C5-C10), kis mennyiségű NH3-t és jelentős mennyiségű CO2-t eredményezett. További egylépcsős hidrogénezési eljárások az Exxon Donor oldószer eljárás, az Imhausen nagynyomású eljárás és a Conoco Cink-klorid eljárás.
számos kétlépcsős közvetlen cseppfolyósítási folyamat is létezik; az 1980-as évek után azonban csak a katalitikus kétlépcsős cseppfolyósítási folyamat, amelyet a H-szén folyamatból módosítottak; a folyékony oldószer extrakciós eljárás Brit szén; és a barnaszén cseppfolyósítási folyamat Japán fejlesztették ki.
a kínai szénbányászati vállalat, a Shenhua 2002-ben úgy döntött, hogy közvetlen cseppfolyósító üzemet épít a belső-mongóliai Erdosban (Erdos CTL), amelynek hordókapacitása napi 20 ezer hordó (3,2 Ft 103 m3/nap) folyékony termékekből, beleértve a dízelolajat, a cseppfolyósított kőolajgázt (LPG) és a naftát (petroléter). Az első teszteket 2008 végén hajtották végre. 2009 októberében egy második és hosszabb tesztkampány indult. 2011-ben a Shenhua Group arról számolt be, hogy a közvetlen cseppfolyósító üzem 2010 novembere óta folyamatosan és stabilan működik, és hogy a Shenhua 800 millió jüan (125,1 millió dollár) adózás előtti eredményt ért el 2011 első hat hónapjában a projekten.
a Chevron Corporation kifejlesztett egy Joel W. Rosenthal által feltalált eljárást, az úgynevezett Chevron Coal cseppfolyósítási folyamatot (Cclp). Ez egyedülálló a nem katalitikus oldószer és a katalitikus hidroprocesszáló egység szoros összekapcsolása miatt. Az előállított olajnak olyan tulajdonságai voltak, amelyek egyedülállóak voltak a többi szénolajhoz képest; könnyebb volt, és sokkal kevesebb heteroatom szennyeződést tartalmazott. A folyamatot a napi 6 tonnás szintre növelték, de kereskedelmi szempontból nem bizonyították.
közvetett átalakítási folyamatokszerkesztés
a közvetett szén cseppfolyósítási (ICL) folyamatok két szakaszban működnek. Az első szakaszban a szén szingáz (Co és H2 gáz tisztított keveréke) alakul át. A második szakaszban a syngas könnyű szénhidrogénekké alakul át a három fő eljárás egyikével: Fischer-Tropsch szintézis, metanol szintézis, majd benzin vagy petrolkémiai anyagokká történő átalakítás, valamint metanálás. A Fischer-Tropsch a legrégebbi az ICL folyamatok közül.
a metanolszintézis során a szingáz metanollá alakul, amelyet később zeolit katalizátoron keresztül alkánokká polimerizálnak. Ezt a folyamatot, az MTG (MTG a “metanol-Benzin”) alatt, a Mobil fejlesztette ki az 1970-es évek elején, és a Jincheng antracit Mining Group (JAMG) demonstrációs üzemében tesztelik Shanxiban, Kínában. Ezen metanol-szintézis alapján Kína erős szén-vegyipari ágazatot is kifejlesztett, olyan termeléssel, mint az olefinek, a MEG, a DME és az aromás anyagok.
a Metanációs reakció a syngas-t földgáz helyettesítővé alakítja (SNG). A Great Plains gázosító üzem Beulah, Észak-Dakota egy szén-SNG létesítmény, amely napi 160 millió köbméter SNG-t termel, és 1984 óta működik. Kínában, Dél-Koreában és Indiában több szén-SNG-erőmű működik vagy működik.
a gázosítás egy másik alkalmazásában a szintetikus gázból kivont hidrogén nitrogénnel reagálva ammóniát képez. Az ammónia ezután szén-dioxiddal reagál karbamid előállítására.
a közvetett szén-cseppfolyósítási eljárásokon alapuló kereskedelmi üzemek fenti példái, valamint sok más, itt fel nem sorolt, beleértve a tervezési szakaszban vagy építés alatt állókat is, a gázosítási technológiai Tanács gázosítási Világadatbázisa.