Kullikvefaktion

Coal liquefaction, CTL ( engelsk  Coal to Liquids ), fortætning af kul (kul) er en teknologi til fremstilling af flydende brændsel fra råkul . Tillader brug af traditionelle benzinforbrugere (for eksempel motorkøretøjer) under forhold med oliemangel. Dette er en generel betegnelse for en familie af processer til fremstilling af flydende brændstoffer fra kul. Specifikke likvefaktionsteknologier falder generelt ind i to kategorier: direkte kulvædsningsprocesser (DCL) og indirekte kulvædningsprocesser (ICL). Indirekte fortætningsprocesser involverer typisk forgasning af kul til en blanding af carbonmonoxid og brint ( syntesegas ) og derefter anvendelse af Fischer-Tropsch-processentil omdannelse af en blanding af syntesegas til flydende kulbrinter. I modsætning hertil omdanner direkte fortætningsprocesser kul direkte til væsker uden et mellemliggende forgasningstrin ved at nedbryde dets organiske struktur ved hjælp af opløsningsmidler eller katalysatorer under højt tryk og temperatur. Fordi flydende kulbrinter typisk har et højere molforhold mellem brint og kulstof end kulstof, skal enten hydrogenerings- eller kulfjernelsesprocesser anvendes i ICL- og DCL-teknologier. I begyndelsen af ​​det XXI århundrede. følgende hovedprocesser for kulbearbejdning med den endelige produktion af flydende produkter er kendt: forgasning med efterfølgende produktion af syntetiske brændstoffer baseret på syntesegas , hydrogenering , pyrolyse osv. " Termisk opløsning ". Den optimale opløsningstemperatur for de fleste faste fossile brændstoffer er i området 380–450 °C, tryk 2–15 MPa, procesvarighed 20–60 min. Afhængig af kultypen og fortætningsprocessen opnås et flydende produktudbytte på 75-85 %.

Det forudsiges, at i 2030 vil andelen af ​​flydende kul i den samlede struktur af brændselsressourcer nå op på 20%.

Historisk baggrund

Kullikvefaktion blev oprindeligt udviklet i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Den mest berømte CTL ( Coal to Liquid ) proces er Fischer-Tropsch (FT) syntesen, opkaldt efter opfinderne Franz Fischer og Hans Tropsch fra Kaiser Wilhelm Instituttet i 1920'erne. Syntese af FT er grundlaget for teknologien til indirekte kullikvefaktion (ICL). Friedrich Bergius , også en tysk kemiker, opfandt direkte kullikvefaktion (DCL) som en måde at omdanne brunkul til syntetisk olie ( Bergius-processen ) i 1913.

Kullikvefaktion blev en integreret del af tysk industri under Anden Verdenskrig. Flydning af kul var en vigtig del af Adolf Hitlers fireårsplan for 1936. I midten af ​​1930'erne blev virksomheder som I.G. Farben og Rourchemy begyndte kommerciel produktion af syntetiske brændstoffer afledt af kul. Dette førte til opførelsen af ​​tolv DCL-anlæg ved brug af hydrogenering og ni ICL-anlæg ved hjælp af Fischer-Tropsch-syntese ved slutningen af ​​Anden Verdenskrig . I alt leverede CTL 92% af Tysklands flybrændstof og over 50% af olieforsyningerne i 1940'erne. DCL- og ICL-fabrikkerne komplementerede hinanden effektivt i stedet for at konkurrere. Årsagen til dette er, at kulhydrogenering producerer benzin af høj kvalitet til luftfart og motorer, mens FT-syntese hovedsageligt producerer dieselbrændstof af høj kvalitet, smøreolie og voks sammen med nogle mindre mængder af lavkvalitets motorbenzin. DCL-anlæg var også mere avancerede, da brunkul  - det eneste kul, der er tilgængeligt i mange dele af Tyskland - fungerede bedre i hydrogenering end i FT-syntese. Efter krigen blev Tyskland tvunget til at opgive produktionen af ​​syntetiske brændstoffer, da dette blev forbudt af Potsdam-konferencen i 1945.

Union of South Africa udviklede sin egen CTL - teknologi i 1950'erne. South African Coal, Oil and Gas Corporation ( Sasol ) blev grundlagt i 1950 som led i en industrialiseringsproces, som den sydafrikanske regering anså for nødvendig for fortsat økonomisk udvikling og autonomi. Sydafrika havde dog ingen indenlandske oliereserver, og det gjorde landet meget sårbart over for forsyningsafbrydelser udefra. Sasol var en vellykket måde at beskytte landet mod dets voksende afhængighed af udenlandsk olie. I årevis var dets hovedprodukt syntetisk brændstof, og virksomheden nød betydelig regeringsbeskyttelse under apartheidårene for sit bidrag til landets energisikkerhed. Selvom udvinding af olie fra kul generelt var meget dyrere end fra naturlig olie, var den politiske og økonomiske betydning af at opnå så meget uafhængighed som muligt på dette område tilstrækkelig til at overvinde eventuelle indvendinger. Tidlige forsøg på at tiltrække privat kapital, udenlandsk eller indenlandsk, var mislykkede, og kun med statsstøtte kunne kullikvefaktion begynde. CTL fortsatte med at spille en afgørende rolle i Sydafrikas nationale økonomi og leverede omkring 30 % af den indenlandske brændstofefterspørgsel. Demokratiseringen i 1990'erne førte til, at Sasol ledte efter produkter, der kunne blive mere konkurrencedygtige på det globale marked, og siden det nye årtusinde har Sasol hovedsageligt fokuseret på sin petrokemiske forretning, samt bestræbelser på at omdanne naturgas til råolie ( GTL ) og bruge sin erfaring i Fischer-Tropsch-syntesen.

CTL-teknologien er blevet konstant forbedret siden Anden Verdenskrig. Den teknologiske udvikling har ført til skabelsen af ​​mange systemer, der er i stand til at håndtere en bred vifte af kultyper. Der er dog kun foretaget nogle få satsninger på at producere flydende brændsel fra kul, hvoraf de fleste er baseret på ICL-teknologi. Den mest succesrige er den sydafrikanske virksomhed Sasol. CTL modtog også fornyet interesse i begyndelsen af ​​2000'erne som en mulig mulighed for at reducere afhængigheden af ​​olie, da stigende oliepriser og bekymringer om peak oil tvang planlæggere til at genoverveje eksisterende flydende brændstofforsyningskæder.

Traditionelle måder at behandle på

Der er også information om en lovende behandlingsmetode:

Hydrogenering (hydrogenering)

Et stort antal katalytiske reaktioner er forbundet med aktiveringen af ​​et brintatom og et andet molekyle, hvilket fører til deres kemiske interaktion. Denne proces kaldes hydrogenering og ligger til grund for mange trin i olieraffinering og produktion af flydende brændstoffer fra kul ( Bergius-processen ). Produktionen af ​​flybenzin og motorbrændstof fra kul blev udviklet i Tyskland under Anden Verdenskrig, da der ikke er oliefelter i dette land. Den første kommercielle hydrokrakningsproces blev implementeret af IG Farben Industrie i 1927 for at producere brunkulsbenzin . Bergius-processen er den direkte tilsætning af brint til kulstof. Kul opvarmes under tryk i nærvær af brint, og der opnås et flydende produkt, som derefter forarbejdes til flybenzin og motorbrændstof. Jernoxid anvendes som katalysator, såvel som katalysatorer baseret på tin og molybdæn. Under krigen blev der opnået cirka 1.400 tons flydende brændstof om dagen på 12 tyske fabrikker ved brug af Bergius-processen. En anden proces, Fischer-Tropsch, består af to trin. Først forgasses kul, det vil sige, at det omsættes med vanddamp og oxygen, og der opnås en blanding af brint og carbonoxider. Denne blanding omdannes til flydende brændstof ved hjælp af katalysatorer indeholdende jern eller kobolt. Med krigens afslutning blev produktionen af ​​syntetisk brændsel fra kul i Tyskland indstillet. Som et resultat af stigningen i oliepriserne, der fulgte efter olieembargoen i 1973-1974, blev der gjort en kraftig indsats for at udvikle en økonomisk bæredygtig metode til fremstilling af benzin fra kul. Direkte fortætning af kul kan således udføres mere effektivt under anvendelse af en to-trins proces, hvor kullet først bringes i kontakt med en aluminiumoxid-cobolt-molybdæn-katalysator ved en relativt lav og derefter ved en højere temperatur.

Methanol til benzin

Methanol-til-benzin, eller Methanol-to-Gasoline for kort MTG, er en kemisk proces til fremstilling af benzin ud fra methanol.

Processen er nyttig til fremstilling af benzin fra naturgas eller kul i stedet for olie. Processen blev udviklet i 70'erne af Mobil (nu ExxonMobil ). Kul eller naturgas omdannes først til syngas og derefter til methanol. Methanolen dehydreres derefter til dimethylether (DME). Dimethyletheren dehydreres derefter yderligere på en katalysator. Den kemiske reaktion forløber som følger:

: Graden af ​​omdannelse af methanol til kulbrinter med fem eller flere kulstofatomer 80%. Katalysatoren er sædvanligvis en zeolit , såsom ZSM-5 . ZSM-5 mister sin aktivitet på grund af kulstofakkumulering. Katalysatoren skal derefter regenereres ved at brænde kulstoffet i luften ved 500 ° C. Antallet af mulige regenereringer er begrænset, og til sidst skal katalysatoren udskiftes.

Økonomi

Den 17. august 2006 påpegede Wall Street Journal, at olien skulle holde sig over $30-$35 per tønde for at være rentabel. Sasol i Sydafrika er verdens største producent af flydende kul. Der er ingen olie i Sydafrika, men kul er der rigeligt af. Fra 1950'erne begyndte Sasol at drive et kullikvefaktionsanlæg, der producerede 150.000 tønder flydende kul om dagen, hvilket erstattede en tredjedel af Sydafrikas oliebehov. (I betragtning af, at Rusland producerer 10,3 millioner tønder om dagen og Saudi-Arabien producerer 99,5 millioner tønder råolie i maj 2017, er dette meget lavt) Sasol Limited tegner sig i øjeblikket for 20% af det sydafrikanske brændstofmarked til biler. "Vores kullikvefaktionsanlæg er økonomisk levedygtigt, hvis de globale råoliepriser er over $16-$17 per tønde," sagde Sasol CTO John Bocca. I april 2017 er Dubais gennemsnitlige oliepris i Mellemøsten $52,3 pr.

Sasol er i øjeblikket ved at bygge 27 kulvædsningsanlæg i Ningbo, Kina. For at bygge et anlæg, der er i stand til at producere 80.000 tønder olie om dagen (ca. 4 millioner tons om året), er der brug for seks milliarder dollars.

Syntetisk benzin under Anden Verdenskrig

Kulvædsningsforskning blev udført i 1920'erne i Tyskland, primært fordi landet var afskåret fra oliekilder efter Første Verdenskrig. Den første likvefaktionsproces blev opfundet af Franz Fischer og Hans Tropsch fra Kejser Wilhelm Instituttet. Under Anden Verdenskrig blev det brugt til at producere benzin til Tysklands og Japans våben. På sit højeste producerede Tyskland 124.000 tønder benzin om dagen, til i alt 6,5 millioner tons i 1944.

At opnå flydende brændstoffer fra kul ved destillation

Produktionen af ​​flydende kulbrintebrændstoffer fra brunkul ved tør destillation breder sig hurtigt [3] [4] . Efter destillation er remanensen egnet til at opnå sod . Brændbar gas udvindes fra det , carbon- alkali-reagenser og montanvoks (bjergvoks) opnås .

Liptobiolitter er karakteriseret ved et øget udbytte af flygtige stoffer (45-57%), primær harpiks under tør destillation, højt hydrogenindhold, høj brændværdi (34,3-36,4 MJ/kg) og lavt askeindhold (8-9%).

Sapropelitter  er massive tyktflydende sten af ​​brun, brun-grå og sort farve , indeholder i deres sammensætning 55-70% af flygtige stoffer (60-90% [5] ).

Type TGK char primær harpiks Pyrogenetisk vand primær gas
Tørv 33,6-50,9 7.7-23.1 14,2-26,8 15.9-31.8
Podmoskovny brunkul 71,0-76,0 5,5-14,3 2,5-12,6 5,8-21,0
Alexandria brunkul 55,4-61,8 10.6-15.8 7,4-9,2 18.3-21.1
Kizelovsky
kul 		73,0 16.7 2.5 7.8
Donetsk kul :        
mærke D 70,1-74,3 10.3-18.1 3,1-8,7 10.7-16.5
mærke G 75,8 10.3 3.6 10.3
mærke K 84,8 5.8 1.7 7.7
PS karakterer 91,1 2.4 0,5 6,0
Sapropelit
( balkhashite ) 		10.3 65,9 8.4 15.4
Liptobiolit
( pyropisite ) 		13.2 68,3 3.8 14.7
Baltisk olieskifer 52,6-86,4 8,2-34,1 1,8-9,9 2,7-6,1
Volga olieskifer 75,6-79,1 9.6-11.6 6,4-7,2 4,9-5,7
Baltisk olieskifer 14,2* 59,0* 8,1* 18,7*

Se også

Noter

  1. ↑ Mobil proces (utilgængeligt link) . Hentet 25. maj 2019. Arkiveret fra originalen 1. november 2014. 
  2. ↑ Kommerciel evaluering af ny kullikvefaktionsteknologi (utilgængeligt link) . Hentet 21. februar 2022. Arkiveret fra originalen 25. maj 2019. 
  3. ↑ Energiinvesteringsselskab  (utilgængeligt link)
  4. ↑ Alternative perspektiver: CWF (kulfyret brændsel), CCGT og syntetiske brændstoffer . Hentet 31. maj 2019. Arkiveret fra originalen 31. juli 2014.
  5. ↑ Sapropelitter - artikel fra Great Soviet Encyclopedia . V. Uspensky, O. Radchenko. 

Litteratur