specyficzne technologie skraplania dzielą się na dwie kategorie: procesy bezpośredniego (DCL) i pośredniego skraplania (ICL). Procesy bezpośrednie opierają się na podejściach takich jak karbonizacja, piroliza i uwodornienie.
pośrednie procesy skraplania zazwyczaj obejmują zgazowanie węgla do mieszaniny tlenku węgla i wodoru, często znanej jako gaz syntezowy lub po prostu gaz syntezowy. W procesie Fischera-Tropscha gaz syntezowy przekształca się w ciekłe węglowodory.
natomiast bezpośrednie procesy skraplania przekształcają węgiel w ciecze bezpośrednio, bez konieczności polegania na pośrednich etapach, rozkładając organiczną strukturę węgla z zastosowaniem rozpuszczalnika donora wodoru, często przy wysokich ciśnieniach i temperaturach. Ponieważ ciekłe węglowodory mają zwykle wyższy stosunek molowy Wodór-węgiel niż węgle, zarówno w technologiach ICL, jak i DCL należy stosować procesy uwodorniania lub odrzucania węgla.
w skali przemysłowej (tj. tysiące baryłek / dzień) zakład upłynniania węgla zazwyczaj wymaga wielomiliardowych inwestycji kapitałowych.
procesy pirolizy i karbonizacjiedytuj
istnieje wiele procesów karbonizacji. Konwersja karbonizacji zwykle odbywa się poprzez pirolizę lub destrukcyjną destylację. Wytwarza skraplającą się smołę węglową, olej i parę wodną, nieskraplający się Gaz syntetyczny i stałą pozostałość – char.
typowym przykładem karbonizacji jest proces Karricka. W tym niskotemperaturowym procesie karbonizacji węgiel jest podgrzewany w temperaturze 680 ° F (360 °C) do 1380 °F (750 °C) przy braku powietrza. Te temperatury optymalizują produkcję smoły węglowej bogatszej w lżejsze węglowodory niż zwykła smoła węglowa. Jednak wszelkie produkowane ciecze są w większości produktem ubocznym, a głównym produktem jest półkoks-paliwo stałe i bezdymne.
proces Koed, opracowany przez FMC Corporation, wykorzystuje złoże fluidalne do przetwarzania, w połączeniu ze wzrostem temperatury, przez cztery etapy pirolizy. Ciepło jest przenoszone przez gorące gazy wytwarzane przez spalanie części wytwarzanego char. Modyfikacja tego procesu, Proces COGAS, polega na dodaniu zgazowania char. Proces TOSCOAL, analogiczny do procesu retortowania łupków naftowych TOSCO II i procesu Lurgi-Ruhrgas, który jest również wykorzystywany do wydobycia ropy naftowej z łupków, wykorzystuje do wymiany ciepła materiały stałe z recyklingu na gorąco.
ciekłe plony pirolizy i procesu Karricka są ogólnie uważane za zbyt niskie dla praktycznego zastosowania do produkcji syntetycznych paliw płynnych. Otrzymane smoły węglowe i oleje z pirolizy na ogół wymagają dalszej obróbki, zanim będą mogły być użyte jako paliwa silnikowe; są przetwarzane przez hydrorafinację w celu usunięcia gatunków siarki i azotu, po czym są ostatecznie przetwarzane na paliwa płynne.
podsumowując, ekonomiczna żywotność tej technologii jest wątpliwa.
procesy Uwodornianiaedytuj
jedną z głównych metod bezpośredniej konwersji węgla do cieczy w procesie uwodorniania jest proces Bergiusa, opracowany przez Friedricha Bergiusa w 1913 roku. W procesie tym suchy węgiel miesza się z ciężkim olejem poddanym recyklingowi. Do mieszaniny zazwyczaj dodaje się katalizator. Reakcja zachodzi w temperaturze od 400 °C (752 °F) do 500 °C (932 °F) i ciśnieniu wodoru od 20 do 70 MPa. Reakcję można podsumować następująco:
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}}
po I Wojnie Światowej w Niemczech zbudowano kilka zakładów opartych na tej technologii; zakłady te były szeroko wykorzystywane podczas II Wojny Światowej do zaopatrywania Niemiec w paliwo i smary. Proces Kohleoel, opracowany w Niemczech przez Ruhrkohle i VEBA, został wykorzystany w demonstracyjnej instalacji o wydajności 200 ton węgla brunatnego dziennie, zbudowanej w Bottrop w Niemczech. Zakład ten działał w latach 1981-1987. W tym procesie węgiel miesza się z recyklingowym rozpuszczalnikiem i katalizatorem żelaza. Po podgrzaniu i podciśnieniu dodaje się H2. Proces odbywa się w reaktorze rurowym pod ciśnieniem 300 bar (30 MPa) i w temperaturze 470 °c (880 °F). Proces ten badał również SASOL w RPA.
w latach 70.i 80. XX wieku Japońskie firmy Nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries i Mitsubishi Heavy Industries opracowały proces NEDOL. W tym procesie węgiel miesza się z odzyskanym rozpuszczalnikiem i syntetycznym katalizatorem na bazie żelaza; po wstępnym podgrzaniu dodaje się H2. Reakcja zachodzi w reaktorze rurowym w temperaturze od 430 °c (810 °f) do 465 °c (870 °f) przy ciśnieniu 150-200 bar. Produkowany olej ma niską jakość i wymaga intensywnej modernizacji. H-proces węglowy, opracowany przez firmę Hydrocarbon Research, Inc., w 1963 r., miesza sproszkowany węgiel z płynami z recyklingu, wodorem i katalizatorem w reaktorze ze złożem ebullated. Zaletami tego procesu jest to, że rozpuszczanie i ulepszanie oleju odbywa się w pojedynczym reaktorze, produkty mają wysoki stosunek H/C i szybki czas reakcji, podczas gdy głównymi wadami są wysoka wydajność gazu (jest to zasadniczo proces krakingu termicznego), wysokie zużycie wodoru i ograniczenie zużycia oleju tylko jako oleju kotłowego z powodu zanieczyszczeń.
procesy SRC-I i SRC-II (Solvent Refined Coal) zostały opracowane przez Gulf Oil i wdrożone jako instalacje pilotażowe w Stanach Zjednoczonych w latach 60. i 70.XX wieku.
firma Nuclear Utility Services Corporation opracowała proces uwodorniania, który został opatentowany przez Wilburn C. Schroeder w 1976 roku. Proces obejmował wysuszony, sproszkowany węgiel zmieszany z mniej więcej 1WT % katalizatorami molibdenu. Uwodornienie nastąpiło przy użyciu wysokotemperaturowego i ciśnieniowego gazu syntezowego wytwarzanego w oddzielnym zgazowniku. Ostatecznie w wyniku procesu otrzymano syntetyczny produkt surowy, benzynę naftową, ograniczoną ilość gazu C3/C4, lekkie i średnie ciecze (C5-C10) nadające się do stosowania jako paliwa, niewielkie ilości NH3 i znaczne ilości CO2. Inne jednostopniowe procesy uwodorniania to Proces rozpuszczalnika dawcy Exxon, proces wysokociśnieniowy Imhausena i proces chlorku cynku Conoco.
istnieje również szereg dwustopniowych bezpośrednich procesów skraplania, jednak po latach 80. Tylko katalityczny dwustopniowy proces skraplania, zmodyfikowany z procesu H-węgla; opracowano proces ekstrakcji ciekłym rozpuszczalnikiem przez brytyjski węgiel; oraz proces upłynniania węgla brunatnego w Japonii.
Shenhua, chińskie przedsiębiorstwo górnicze, podjęło w 2002 r. decyzję o budowie bezpośredniego zakładu skraplania w Erdos w Mongolii Wewnętrznej (Erdos CTL), o wydajności baryłek 20 tysięcy baryłek dziennie (3,2×103 m3/d) produktów płynnych, w tym oleju napędowego, skroplonego gazu ziemnego (LPG) i benzyny (eter naftowy). Pierwsze testy przeprowadzono pod koniec 2008 roku. Druga i dłuższa kampania testowa została rozpoczęta w październiku 2009 roku. W 2011 r. Grupa Shenhua poinformowała, że bezpośrednia instalacja skraplania działa nieprzerwanie i stabilnie od listopada 2010 r., A Shenhua zarobił 800 milionów juanów (125,1 miliona dolarów) w zarobkach przed opodatkowaniem w pierwszych sześciu miesiącach 2011 r. na projekcie.
Chevron Corporation opracowała proces wymyślony przez Joela W. Rosenthala o nazwie Chevron Coal Liquefaction Process (CCLP). Jest to unikalne ze względu na bliskie sprzężenie niekatalitycznego rozpuszczalnika i katalitycznego zespołu hydroprocesora. Produkowany olej miał wyjątkowe właściwości w porównaniu z innymi olejami węglowymi; był lżejszy i miał znacznie mniej zanieczyszczeń heteroatomowych. Proces został skalowany – do poziomu 6 ton dziennie, ale nie został udowodniony komercyjnie.
procesy pośredniego przekształcaniaedytuj
procesy pośredniego skraplania węgla (ICL) przebiegają w dwóch etapach. W pierwszym etapie węgiel przekształca się w gaz syntezowy (oczyszczoną mieszaninę co i gazu H2). W drugim etapie gaz syntezowy jest przekształcany w lekkie węglowodory za pomocą jednego z trzech głównych procesów: Synteza Fischera-Tropscha, synteza metanolu z późniejszą konwersją do benzyny lub petrochemii oraz metanacja. Fischer-Tropsch jest najstarszym z procesów ICL.
w procesach syntezy metanolu gaz syntezowy przekształca się w metanol, który następnie polimeryzuje w alkany na katalizatorze zeolitowym. Proces ten, pod pseudonimem MTG (MTG dla „metanolu na benzynę”), został opracowany przez Mobil na początku lat 70.i jest testowany w zakładzie demonstracyjnym przez Jincheng Anthracite Mining Group (JAMG) w Shanxi w Chinach. W oparciu o tę syntezę metanolu Chiny opracowały również silny przemysł węglowo-chemiczny, z wyjściami takimi jak olefiny, MEG, DME i aromaty.
reakcja Metanacji przekształca gaz syntezowy w zastępczy gaz ziemny (SNG). Zakład zgazowania Great Plains w Beulah w Dakocie Północnej jest zakładem produkującym 160 milionów stóp sześciennych dziennie SNG i działa od 1984 roku. W Chinach, Korei Południowej i Indiach działa lub projektuje kilka elektrowni węglowych do SNG.
w innym zastosowaniu zgazowania Wodór ekstrahowany z gazu syntetycznego reaguje z azotem, tworząc amoniak. Następnie amoniak reaguje z dwutlenkiem węgla, tworząc mocznik.
powyższe przykłady instalacji komercyjnych opartych na pośrednich procesach skraplania węgla, a także wiele innych nie wymienionych tutaj, w tym te na etapie planowania i w budowie, są zestawione w światowej bazie danych zgazowania Rady technologii zgazowania.