tecnologias específicas de liquefação geralmente caem em duas categorias: processos de liquefação direta (DCL) e indireta (ICL). Processos diretos são baseados em abordagens como carbonização, pirólise e hidrogenação.Os processos de liquefação indireta geralmente envolvem gaseificação de carvão para uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, muitas vezes conhecido como gás de síntese ou simplesmente gás de síntese. Usando o processo Fischer-Tropsch syngas é convertido em hidrocarbonetos líquidos.
em contraste, os processos de liquefação direta convertem o carvão em líquidos diretamente sem ter que confiar em etapas intermediárias, quebrando a estrutura orgânica do carvão com a aplicação de solvente doador de hidrogênio, muitas vezes a altas pressões e temperaturas. Uma vez que os hidrocarbonetos líquidos geralmente têm uma razão molar hidrogênio-carbono mais elevada do que os carvão, tanto os processos de hidrogenação ou rejeição de carbono devem ser empregados em ambas as tecnologias ICL e DCL.
em escalas industriais (i.e. milhares de barris/dia) uma usina de liquefação de carvão normalmente requer investimentos de capital multimilionários.
Pyrolysis and carbonization processesEdit
a number of carbonization processes exist. A conversão de carbonização tipicamente ocorre através de pirólise ou destilação destrutiva. Produz alcatrão de carvão, óleo e vapor de água condensáveis, gás sintético não condensável e um resíduo sólido – char.
um exemplo típico de carbonização é o processo de Karrick. Neste processo de carbonização a baixa temperatura, o carvão é aquecido a 680 ° F (360 ° C) a 1,380 °F (750 °C) na ausência de ar. Estas temperaturas otimizam a produção de alcatrões de carvão mais ricos em hidrocarbonetos mais leves do que o alcatrão de carvão normal. No entanto, quaisquer líquidos produzidos são, na sua maioria, Um subproduto e o principal produto é o semi-coque-um combustível sólido e sem fumo.
The COED Process, developed by FMC Corporation, uses a fluidized bed for processing, in combination with increasing temperature, through four stages of pyrolysis. O calor é transferido por gases quentes produzidos pela combustão de uma parte da char produzida. Uma modificação deste processo, o processo COGAS, envolve a adição de gaseificação de char. O processo TOSCOAL, análogo ao processo de reciclagem do xisto betuminoso TOSCO II e ao processo Lurgi–Ruhrgas, que também é utilizado para a extracção do óleo de xisto betuminoso, utiliza sólidos reciclados a quente para a transferência de calor.
os rendimentos líquidos da pirólise e do processo de Karrick são geralmente considerados muito baixos para uso prático na produção de combustível líquido sintético. Os alcatrões de carvão e os óleos resultantes da pirólise requerem geralmente um tratamento mais aprofundado antes de poderem ser utilizáveis como combustíveis para motores; são processados por tratamento hidrotratado para remover espécies de enxofre e azoto, após o que são finalmente transformados em combustíveis líquidos.
em resumo, a viabilidade económica desta tecnologia é questionável.
Hidrogenação processesEdit
Um dos principais métodos de conversão direta de carvão para líquidos pelo processo de hidrogenação é a Bergius processo, desenvolvido por Friedrich Bergius, em 1913. Neste processo, o carvão seco é misturado com óleo pesado reciclado do processo. Um catalisador é tipicamente adicionado à mistura. A reação ocorre entre 400 ° C (752 °F) e 500 °C (932 °F) e pressão de hidrogênio de 20 a 70 MPa. A reação pode ser resumido da seguinte forma:
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}}
Após a I Guerra Mundial várias plantas com base nesta tecnologia foram construídos na Alemanha; estas plantas foram amplamente utilizadas durante a Segunda Guerra Mundial para abastecer a Alemanha com combustível e lubrificantes. O processo Kohleoel, desenvolvido na Alemanha por Ruhrkohle e VEBA, foi utilizado na fábrica de demonstração com capacidade de 200 toneladas de lignite por dia, construída em Bottrop, Alemanha. Esta fábrica operou de 1981 a 1987. Neste processo, o carvão é misturado com um solvente reciclável e catalisador de ferro. Após pré-aquecimento e pressurização, é adicionado H2. O processo ocorre em um reator tubular à pressão de 300 bar (30 MPa) e à temperatura de 470 °c (880 °F). Este processo também foi explorado por SASOL na África do Sul.
durante as décadas de 1970 e 1980, as empresas japonesas Nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries, e Mitsubishi Heavy Industries desenvolveram o processo NEDOL. Neste processo, o carvão é misturado com um solvente reciclado e um catalisador sintético à base de ferro; após pré-aquecimento, é adicionado H2. A reação ocorre em um reator tubular a uma temperatura entre 430 °C (810 °F) e 465 °c (870 °F) à pressão de 150-200 bar. O petróleo produzido tem baixa qualidade e requer uma modernização intensiva. H-Coal process, desenvolvido pela Hydrocarbon Research, Inc., in 1963, mixes pulverized coal with recycled liquids, hydrogen and catalyst in the ebullated bed reactor. As vantagens deste processo são que a dissolução e modernização do petróleo estão ocorrendo no único reator, os produtos têm alta relação H/C, e um tempo de reação rápida, enquanto as principais desvantagens são o alto rendimento de gás (isto é basicamente um processo de craqueamento térmico), alto consumo de hidrogênio, e limitação do uso de petróleo apenas como um óleo de caldeira por causa de impurezas.
SRC-eu e SRC-II (Refinado com Solvente Carvão) processos foram desenvolvidos pela Gulf Oil e implementado como plantas-piloto nos Estados Unidos nos anos 1960 e 1970.
Nuclear de Serviços de Utilidade Corporation desenvolveu processo de hidrogenação, que foi patenteado por Wilburn C. Schroeder, em 1976. O processo envolveu carvão seco e pulverizado misturado com cerca de 1wt% de catalisadores de molibdênio. A hidrogenação ocorreu pelo uso de gás de síntese de alta temperatura e pressão produzido em um gaseificador separado. O processo acabou por produzir um produto bruto sintético, NAFTA, uma quantidade limitada de gás C3/C4, líquidos leves de massa (C5-C10) adequados para utilização como combustíveis, pequenas quantidades de NH3 e quantidades significativas de CO2. Outros processos de hidrogenação de estágio único são o processo de solvente do Exxon doador, o processo de alta pressão Imhausen, e o processo de cloreto de zinco Conoco.
há também uma série de processos de liquefação direta de dois estágios; no entanto, após a década de 1980 apenas o processo de liquefação catalítica de dois estágios, modificado a partir do processo h-carvão; o processo de extração de solventes líquidos pela British Coal e o processo de liquefação de lenhite do Japão foram desenvolvidos.
Shenhua, um Chinês companhia de mineração de carvão, decidiu, em 2002, para construir um direto planta de liquefação de gás em Erdos, Mongólia Interior (Erdos CTL), com um cilindro de 20 mil barris por dia (3.2×103 m3/d) de produtos líquidos, incluindo o óleo diesel, gás liquefeito de petróleo (GLP) e nafta (éter de petróleo). Os primeiros testes foram implementados no final de 2008. Uma segunda e mais longa campanha de testes foi iniciada em outubro de 2009. Em 2011, Shenhua Group informou que o direto de liquefação de fábrica tinha sido em contínuo e estável de operações desde novembro de 2010, e que Shenhua tinha feito de 800 milhões de yuan ($125.1 milhões de euros) resultado antes de impostos nos primeiros seis meses de 2011, sobre o projeto.A Chevron Corporation desenvolveu um processo inventado por Joel W. Rosenthal chamado “Chevron Coal Liquefaction Process” (CCLP). É único devido ao acoplamento próximo do dissolvente não-catalítico e da unidade de hidroprocessamento catalítico. O óleo produzido tinha propriedades únicas quando comparado com outros óleos de carvão; era mais leve e tinha muito menos impurezas heteroátomo. O processo foi escalado-até o nível de 6 Toneladas por dia, mas não provado comercialmente.
processo de conversão indirecta edit
processos de liquefacção indirecta de carvão (LCI) operam em duas fases. Na primeira fase, o carvão é convertido em syngas (uma mistura purificada de gás CO e H2). Na segunda fase, o gás de síntese é convertido em hidrocarbonetos leves utilizando um dos três processos principais.: Síntese Fischer-Tropsch, síntese de metanol com subsequente conversão para gasolina ou petroquímicos, e metanação. Fischer-Tropsch é o mais antigo dos processos ICL.
In methanol synthesis processes syngas is converted to metanol, which is subsequently polymerized into alkanes over a zeolite catalyst. Este processo, sob o nome MTG (MTG para “metanol para gasolina”), foi desenvolvido pela Mobil no início da década de 1970, e está sendo testado em uma fábrica de demonstração por Jincheng Anthracite Mining Group (JAMG) em Shanxi, China. Com base nesta síntese de metanol, a China também desenvolveu uma forte indústria de carvão para produtos químicos, com saídas como olefinas, MEG, DME e aromáticos.
a reação de Metanação converte syngas em gás natural substituto (SNG). A fábrica de gaseificação de Great Plains em Beulah, Dakota do Norte é uma instalação de carvão para SNG que produz 160 milhões de pés cúbicos por dia de SNG, e está em operação desde 1984. Várias usinas de carvão para SNG estão em operação ou em projeto na China, Coreia do Sul e Índia.
In another application of gasification, hydrogen extracted from synthetic gas reacts with nitrogen to form ammonia. O amoníaco reage então com dióxido de carbono para produzir ureia.
acima instâncias de plantas comerciais com base no indireta de carvão de liquefação de processos, bem como de muitos outros não listados aqui, incluindo aqueles em fase de planejamento e em construção, são tabulados em Tecnologias de Gaseificação do Conselho Mundial de Gaseificação de Banco de dados.