Direkte kullikvefaktion er en teknologi til fremstilling af flydende syntetisk brændstof fra kul (andre fast kulstof) råmaterialer. Processen med direkte fortætning (likvefaktion) af kul (DCC) omfatter ikke forgasning. Dette er den grundlæggende forskel mellem processen og Fischer-Tropsch-processen . [en]
CCP sammenlignes og kontrasteres ofte med indirekte kullikvefaktion (ICL), som inkluderer forgasning af råmateriale som et integreret trin. CCP-procescyklusser inkluderer ofte forgasning[ specificer ] faste rester eller yderligere kulstofholdigt råmateriale til fremstilling af brint, der er nødvendigt til direkte fortætningsreaktioner. Blev foreslået[ hvor? ] hybridteknologiske tilgange, der involverer en kombination af direkte kul-likvefaktion og indirekte kul-likvefaktion (hvor forgasning er et integreret trin) og kan blive stadig vigtigere i ny forskning og udvikling inden for kul/biomasse-til-væske-teknologier.
Direkte fortætning af kul involverer direkte kontakt af kul med en katalysator ved forhøjede temperaturer og tryk med tilsætning af brint (H 2 ) i nærværelse af et opløsningsmiddel for at danne et råt flydende produkt, som videreforarbejdes til et flydende brændstof . CCP kaldes direkte, fordi kullet gøres flydende uden forudgående forgasning for at danne syntesegas (som så igen kan gøres flydende). Den sidste to-trins tilgang, det vil sige vejen fra kul til syntesegas til væsker, kaldes indirekte kullikvefaktion. CSP-processen er således i princippet den enklere og mere effektive af de to processer. Dette kræver dog en ekstern H 2 -kilde, som kan fremstilles ved forgasning af yderligere kulråmateriale, biomasse og/eller tung rest fra processen produceret i PSU-reaktoren. PSU-processen resulterer i en relativt bred vifte af kulbrinteprodukter, bestående af forskellige molekylvægte og former, med en overvægt af aromatiske forbindelser. Derfor kræver produktet betydelig yderligere forarbejdning for at opnå et acceptabelt transportbrændstof.
Teknologien blev demonstreret i Tyskland under Anden Verdenskrig, men til en høj pris, hvilket førte til en fabrikslukning efter krigen, da billig olieimport genoptog. Siden da har den fortsatte udvikling af denne teknologi i USA og andre steder fokuseret på at reducere omkostningerne gennem billigere katalysatorer, reaktordesign og forbedret proceseffektivitet. Det amerikanske energiministerium havde et meget aktivt forskningsprogram for likvefaktion af kul fra 1970'erne til 1980'erne som svar på Organisationen af de olieeksporterende landes ( OPEC ) olieembargo fra 1973, men finansieringen er blevet kraftigt reduceret siden 1990'erne, hvor departementet of Energys udviklingsprogram for direkte kullikvefaktion er afsluttet. CCP-teknologien, udviklet af Department of Energy i samarbejde med Hydrocarbon Technologies, Inc., HTI (nu en del af Headwater, Inc.), blev licenseret af Kinas Shenhua Corporation i 2002, som byggede et CCP-anlæg i Erdos, Indre Mongoliet.
Der er udviklet mange forskellige processer til PSU, men de fleste af dem er ens med hensyn til reaktionskemi og proceskoncept. Fælles træk er opløsning af kul i et opløsningsmiddel, efterfulgt af hydrogenering af carbon H 2 i nærværelse af en katalysator. Processen kan være meget effektiv med en samlet termisk virkningsgrad i intervallet ca. 65 %.
PSU involverer tilsætning af brint ( hydrogenering ) til kul, nedbryder dets organiske struktur til opløselige produkter. Reaktionen udføres ved forhøjet temperatur og tryk (f.eks. 400 til 450 °C og 70 til 170 bar) i nærvær af et opløsningsmiddel. Opløsningsmidlet bruges til at lette udvindingen af kullet og tilsætningen af brint. Solubiliseret[ klargør ] Produkter, der primært består af aromater, kan derefter opgraderes med konventionelle petroleumsraffineringsteknikker, såsom hydrobehandling, for at opfylde specifikationerne for det endelige flydende produkt.
Ettrinsprocesser var den første generation af CSP-teknologi udviklet i 1960'erne, og siden da er de fleste sådanne programmer og teknologier blevet erstattet eller forladt. Et-trinsprocessen forsøger at omdanne kul til væsker i et reaktionstrin. En sådan proces kan omfatte en integreret online hydrobehandlingsreaktor for at forbedre kvaliteten af destillaterne.
Et eksempel er Bergius-processen . Processen med direkte hydrogenering af kul tjente til at producere gasser, karburator og dieselbrændstof. Den nødvendige brint til dette blev opnået ved forgasning af kul. I Bergius-processen nedbrydes kulstofstrukturen til enklere molekyler ved hydrogenering med brint. Produkterne fra Bergius-processen har et højere aromatisk indhold og et højere oktantal af den resulterende benzin end dem, der også anvendes i Fischer-Tropsch-processen germanium. Produkterne fra Fischer-Tropsch-processen er mere paraffiniske, og de højere molekylvægtsfraktioner er velegnede som hovedprodukt til den kemiske industri.
Flydende kulbrinteprodukter blev også opnået ved ekstraktion af kul med tryksatte hydrogenbæreropløsningsmidler, som i Pott-Broche-Verfahren-processen. Pott-Broche-processen fortsatte under anvendelse af tetralin og decalin som et hydrogen-udviklende opløsningsmiddel. Tetralin og decalin oxideres til naphthalen , som adskilles ved destillation og kan genbruges efter hydrogenering. Cresol eller phenol bruges som et ekstra opløsningsmiddel. [2] Hydrogenering udføres ved en temperatur på fra 415 til 435°C og et tryk på omkring 100 bar. Rurel-værket producerede 30.000 tons kulbrændsel mellem 1938 og 1944, som blev brugt som erstatning for fyringsolie i kraftværker.
En række proceskonfigurationer er blevet foreslået, hvor den mest almindelige version involverer mindst to højtryksreaktorer i serie under anvendelse af jern- og hydrogendispergeret katalysator tilført fra et parallelt forgasningssystem. Typisk opererer reaktorer ved temperaturer op til 450 °C og tryk op til 200 bar med en tre-komponent suspension af kul, genbrugsolie og brint. Forskningens hovedmål er at opnå betydelige omkostningsbesparelser ved at reducere intensiteten af disse forhold for at reducere kapitalomkostningerne. De fleste af PSP-processerne i to trin blev udviklet som reaktion på olieembargoen i begyndelsen af 1970'erne. To-trins PSU-processen forløber i to trin: For det første opløsningen af kullet, hvor kullet omdannes til en opløselig form med en høj molekylvægt, men med ringe ændring i den gennemsnitlige sammensætning sammenlignet med det oprindelige kul. ; og et andet trin, hvor de opløste produkter opgraderes til lavere kogende væsker med et reduceret indhold af heteroatomer.
Kinas Shenhua-proces til direkte fortætning af kul hydrerer brunkul med et højt inert indhold. Anlægget, der er bygget i Indre Mongoliet, er det eneste kulhydreringsanlæg i verden, der har fungeret på kommercielt grundlag siden Anden Verdenskrig. Processen består i det væsentlige af to trin i tilbageblandede reaktorer og en hydrobehandler med fast leje. En findelt jernkatalysator anvendes som katalysator. Processen kører ved et tryk på 170 bar og en temperatur på omkring 450°C, hvilket opnår over 90% omdannelse til det anvendte kul. De resulterende produkter, såsom naphtha, diesel og flydende gas, indeholder praktisk talt ingen svovl og nitrogen. [3]
| Hovedtyper af organisk brændsel | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Vedvarende og biologisk | |||||||||
| kunstig | |||||||||