tehnologiile specifice de lichefiere se încadrează în general în două categorii: procese de lichefiere directă (DCL) și indirectă (ICL). Procesele directe se bazează pe abordări precum carbonizarea, piroliza și hidrogenarea.
procesele de lichefiere indirectă implică în general gazificarea cărbunelui la un amestec de monoxid de carbon și hidrogen, adesea cunoscut sub numele de gaz de sinteză sau pur și simplu syngas. Folosind procesul Fischer–Tropsch, syngasul este transformat în hidrocarburi lichide.
în schimb, procesele de lichefiere directă transformă cărbunele în lichide direct, fără a fi nevoie să se bazeze pe etape intermediare prin descompunerea structurii organice a cărbunelui cu aplicarea solventului donator de hidrogen, adesea la presiuni și temperaturi ridicate. Deoarece hidrocarburile lichide au, în general, un raport molar hidrogen-carbon mai mare decât cărbunii, fie hidrogenarea, fie procesele de respingere a carbonului trebuie utilizate atât în tehnologiile ICL, cât și în cele DCL.
la scară industrială (i. e. mii de barili / zi) o instalație de lichefiere a cărbunelui necesită de obicei investiții de capital de miliarde de dolari.
procese de piroliză și carbonizaredit
există o serie de procese de carbonizare. Conversia carbonizării are loc de obicei prin piroliză sau distilare distructivă. Produce gudron de cărbune condensabil, vapori de ulei și apă, gaz sintetic necondensabil și un reziduu solid-char.
un exemplu tipic de carbonizare este procesul Karrick. În acest proces de carbonizare la temperaturi scăzute, cărbunele este încălzit la 680 CTF (360 CTF C) la 1.380 CTF (750 CTF C) în absența aerului. Aceste temperaturi optimizează producția de gudroane de cărbune mai bogate în hidrocarburi mai ușoare decât gudronul normal de cărbune. Cu toate acestea, orice lichide produse sunt în mare parte un produs secundar, iar produsul principal este semi-cocsul-un combustibil solid și fără fum.
procesul COED, dezvoltat de FMC Corporation, utilizează un pat fluidizat pentru prelucrare, în combinație cu creșterea temperaturii, prin patru etape de piroliză. Căldura este transferată de gazele fierbinți produse prin arderea unei părți a cărbunelui produs. O modificare a acestui proces, procesul COGAS, implică adăugarea gazeificării char. Procesul TOSCOAL, un analog al TOSCO II procesul de retortare a șistului petrolier și procesul Lurgi-Ruhrgas, care este utilizat și pentru extracția uleiului de șist, folosește solide reciclate la cald pentru transferul de căldură.
randamentele lichide de piroliză și procesul Karrick sunt în general considerate prea mici pentru utilizarea practică pentru producția de combustibil lichid sintetic. Gudroanele și uleiurile de cărbune rezultate din piroliză necesită, în general, un tratament suplimentar înainte de a putea fi utilizate ca carburanți; sunt prelucrate prin hidrotratare pentru a îndepărta speciile de sulf și azot, după care sunt transformate în final în combustibili lichizi.
pe scurt, viabilitatea economică a acestei tehnologii este discutabilă.
procese de Hidrogenareedit
una dintre principalele metode de conversie directă a cărbunelui în lichide prin procesul de hidrogenare este procesul Bergius, dezvoltat de Friedrich Bergius în 1913. În acest proces, cărbunele uscat este amestecat cu ulei greu reciclat din proces. Un catalizator este de obicei adăugat la amestec. Reacția are loc între 400 CTF c (752 CTF F) și 500 CTF c (932 CTF F) și 20-70 MPa presiunea hidrogenului. Reacția poate fi rezumată după cum urmează:
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}}
după Primul Război Mondial, Mai multe fabrici bazate pe această tehnologie au fost construite în Germania; aceste fabrici au fost utilizate pe scară largă în timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru a furniza Germaniei combustibil și lubrifianți. Procesul Kohleoel, dezvoltat în Germania de Ruhrkohle și VEBA, a fost utilizat în uzina demonstrativă cu o capacitate de 200 de tone de lignit pe zi, construită în Bottrop, Germania. Această fabrică a funcționat din 1981 până în 1987. În acest proces, cărbunele este amestecat cu un solvent de reciclare și un catalizator de fier. După preîncălzire și presurizare, se adaugă H2. Procesul are loc într-un reactor tubular la presiunea de 300 bari (30 MPa) și la temperatura de 470 c (880 F). Acest proces a fost explorat și de SASOL în Africa de Sud.
în anii 1970 și 1980, companiile japoneze Nippon Kokan, Sumitomo Metal Industries și Mitsubishi Heavy Industries au dezvoltat procesul NEDOL. În acest proces, cărbunele este amestecat cu un solvent reciclat și un catalizator sintetic pe bază de fier; după preîncălzire, se adaugă H2. Reactia are loc intr-un reactor tubular la o temperatura cuprinsa intre 430 XT (810 XT) si 465 XT (870 XT) la o presiune de 150-200 Bari. Uleiul produs are o calitate scăzută și necesită o modernizare intensă. Procesul h-cărbune, dezvoltat de Hydrocarbon Research, Inc., în 1963, amestecă cărbune pulverizat cu lichide reciclate, hidrogen și catalizator în reactorul cu pat ebulat. Avantajele acestui proces sunt că dizolvarea și modernizarea uleiului au loc într-un singur reactor, produsele au un raport H/C ridicat și un timp de reacție rapid, în timp ce principalele dezavantaje sunt randamentul ridicat al gazului (acesta este practic un proces de cracare termică), consumul ridicat de hidrogen și limitarea utilizării uleiului doar ca ulei de cazan din cauza impurităților.
procesele SRC-I și SRC-II (cărbune rafinat cu Solvent) au fost dezvoltate de Gulf Oil și implementate ca uzine pilot în Statele Unite în anii 1960 și 1970.
Corporația serviciilor de utilități nucleare a dezvoltat procesul de hidrogenare care a fost brevetat de Wilburn C. Schroeder în 1976. Procesul a implicat cărbune uscat, pulverizat amestecat cu catalizatori de molibden aproximativ 1wt%. Hidrogenarea a avut loc prin utilizarea gazului de sinteză la temperatură și presiune ridicată produs într-un gazificator separat. În cele din urmă, procesul a produs un produs brut sintetic, NAFTA, o cantitate limitată de gaz C3/C4, lichide ușoare-medii (C5-C10) adecvate pentru utilizare ca combustibili, cantități mici de NH3 și cantități semnificative de CO2. Alte procese de hidrogenare într-o singură etapă sunt procesul de Solvent donator Exxon, procesul de înaltă presiune Imhausen și procesul de clorură de zinc Conoco.
există, de asemenea, o serie de procese de lichefiere directă în două etape; cu toate acestea, după anii 1980, numai procesul catalitic de lichefiere în două etape, modificat din procesul h-cărbune; procesul de extracție cu Solvent lichid de cărbune britanic; și procesul de lichefiere a cărbunelui brun din Japonia au fost dezvoltate.
Shenhua, o companie minieră chineză de cărbune, a decis în 2002 să construiască o fabrică de lichefiere directă în Erdos, Mongolia Interioară (Erdos CTL), cu o capacitate de baril de 20 de mii de barili pe zi (3,2 103 m3/d) de produse lichide, inclusiv motorină, gaz petrolier lichefiat (GPL) și nafta (eter de petrol). Primele teste au fost implementate la sfârșitul anului 2008. O a doua și mai lungă campanie de testare a fost începută în octombrie 2009. În 2011, Shenhua Group a raportat că instalația de lichefiere directă a fost în operațiuni continue și stabile din noiembrie 2010 și că Shenhua a câștigat 800 de milioane de yuani (125,1 milioane de dolari) în câștiguri înainte de impozite în primele șase luni ale anului 2011 cu privire la proiect.
Chevron Corporation a dezvoltat un proces inventat de Joel W. Rosenthal numit procesul de lichefiere a cărbunelui Chevron (Cclp). Este unic datorită cuplării strânse a dizolvatorului necatalitic și a unității de hidroprocesare catalitică. Uleiul produs avea proprietăți unice în comparație cu alte uleiuri de cărbune; era mai ușor și avea mult mai puține impurități heteroatom. Procesul a fost scalat-până la nivelul de 6 tone pe zi, dar nu a fost dovedit comercial.
procese de conversie Indirectăedit
procesele de lichefiere indirectă a cărbunelui (ICL) funcționează în două etape. În prima etapă, cărbunele sunt transformate în syngas (un amestec purificat de gaz CO și H2). În a doua etapă, gazul de sinteză este transformat în hidrocarburi ușoare folosind unul dintre cele trei procese principale: Sinteza Fischer-Tropsch, sinteza metanolului cu conversia ulterioară în benzină sau petrochimice și metanarea. Fischer-Tropsch este cel mai vechi dintre procesele ICL.
în procesele de sinteză a metanolului, syngasul este transformat în metanol, care este ulterior polimerizat în alcani peste un catalizator zeolit. Acest proces, sub numele MTG (MTG pentru „metanol la benzină”), a fost dezvoltat de Mobil la începutul anilor 1970 și este testat la o fabrică demonstrativă de Jincheng antracite Mining Group (JAMG) în Shanxi, China. Pe baza acestei sinteze de metanol, China a dezvoltat, de asemenea, o industrie puternică a cărbunelui-chimicalelor, cu rezultate precum olefine, MEG, DME și aromatice.
reacția de Metanare transformă gazul de sinteză în gaz natural înlocuitor (SNG). Uzina de gazificare Great Plains din Beulah, Dakota de Nord este o instalație de cărbune-SNG care produce 160 de milioane de metri cubi pe zi de SNG și funcționează din 1984. Mai multe centrale de cărbune-SNG sunt în funcțiune sau în proiect în China, Coreea de Sud și India.
într-o altă aplicație de gazificare, hidrogenul extras din gazul sintetic reacționează cu azotul pentru a forma amoniac. Amoniacul reacționează apoi cu dioxidul de carbon pentru a produce uree.
cazurile de mai sus ale centralelor comerciale bazate pe procese indirecte de lichefiere a cărbunelui, precum și multe altele care nu sunt enumerate aici, inclusiv cele aflate în etape de planificare și în construcție, sunt tabelate în baza de date Mondială de gazificare a Consiliului pentru Tehnologii de gazificare.