A közvetlen szén cseppfolyósítása olyan technológia, amely folyékony szintetikus üzemanyagot állít elő szén (egyéb szilárd szén) nyersanyagokból. A szén közvetlen cseppfolyósításának (cseppfolyósításának) folyamata (DCC) nem tartalmazza az elgázosítást. Ez az alapvető különbség az eljárás és a Fischer-Tropsch eljárás között . [egy]
A CCP-t gyakran hasonlítják össze és állítják szembe a közvetett szén cseppfolyósításával (ICL), amely szerves lépésként tartalmazza a nyersanyag elgázosítását. A CCP folyamatciklusok gyakran tartalmaznak gázosítást[ meghatározza ] szilárd maradékok vagy további széntartalmú alapanyagok a közvetlen cseppfolyósítási reakciókhoz szükséges hidrogén előállításához. Javasolták[ hol? ] hibrid technológiai megközelítések, amelyek a közvetlen széncseppfolyósítás és a közvetett szén cseppfolyósításának kombinációját foglalják magukban (amelyben az elgázosítás szerves lépést jelent), és egyre fontosabbá válhatnak a szén/biomassza-folyadék feldolgozásra irányuló új kutatások és fejlesztések során.
A szén közvetlen cseppfolyósítása magában foglalja a szén és a katalizátor közvetlen érintkezését magasabb hőmérsékleten és nyomáson, hidrogén (H 2 ) hozzáadásával oldószer jelenlétében, hogy folyékony nyersterméket képezzenek, amelyet tovább dolgoznak fel folyékony tüzelőanyaggá . A CCP-t közvetlennek nevezik, mert a szenet előzetes elgázosítás nélkül cseppfolyósítják, hogy szintézisgázt képezzenek (amely aztán cseppfolyósítható). Az utolsó kétlépéses megközelítést, azaz a széntől a szintézisgázon át a folyadékokig vezető utat közvetett szén cseppfolyósításnak nevezik. Így a CSP folyamat elvileg az egyszerűbb és hatékonyabb a két folyamat közül. Ehhez azonban külső H 2 forrásra van szükség, amelyet a PSU reaktorban előállított további szén alapanyag, biomassza és/vagy nehéz maradék elgázosításával lehet előállítani. A PSU-eljárás során a szénhidrogéntermékek viszonylag széles skáláját eredményezik, amelyek különböző molekulatömegű és formájúak, túlsúlyban az aromás vegyületek. Ennek megfelelően a termék jelentős további feldolgozást igényel az elfogadható szállítási üzemanyag előállításához.
A technológiát a második világháború idején Németországban mutatták be, de magas költségekkel, ami az üzem leállásához vezetett a háború után, amikor újraindult az olcsó olajimport. Azóta ennek a technológiának az Egyesült Államokban és máshol történő folyamatos fejlesztése a költségek csökkentésére irányult az olcsóbb katalizátorok, a reaktortervezés és a folyamatok hatékonyságának javítása révén. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma az 1970-es évektől az 1980-as évekig igen aktív széncseppfolyósítási kutatási programot folytatott, válaszul a Kőolaj-exportáló Országok Szervezete ( OPEC ) 1973-as olajembargójára, de a finanszírozás jelentősen csökkent az 1990-es évek óta, amikor a minisztérium Befejeződött az Energy közvetlen széncseppfolyósítási fejlesztési programja. A CCP-technológiát, amelyet a Department of Energy fejlesztett ki a Hydrocarbon Technologies, Inc.-vel, a HTI-vel (jelenleg a Headwater, Inc. részeként) együttműködve, a kínai Shenhua Corporation engedélyezte 2002-ben, amely CCP-gyárat épített Erdosban, Belső-Mongóliában.
Sok különböző eljárást fejlesztettek ki a PSU-hoz, de ezek többsége hasonló reakciókémiát és folyamatkoncepciót tekintve. A közös jellemzők a szén oldószerben való feloldása, majd a szén H2 hidrogénezése katalizátor jelenlétében. Az eljárás nagyon hatékony lehet kb. 65%.
A PSU abból áll, hogy a szénhez hidrogént adnak ( hidrogénezés ), amely szerves szerkezetét oldható termékekre bontja. A reakciót emelt hőmérsékleten és nyomáson (például 400-450 °C és 70-170 bar) oldószer jelenlétében hajtjuk végre. Az oldószert a szén extrakciójának és a hidrogén hozzáadásának megkönnyítésére használják. Oldódik[ pontosítás ] Az elsősorban aromás anyagokból álló termékeket ezután hagyományos kőolajfinomítási technikákkal, például hidrogénezéssel lehet továbbfejleszteni, hogy megfeleljenek a folyékony végtermék specifikációinak.
Az egylépéses folyamatok voltak az 1960-as években kifejlesztett első generációs CSP technológia, és azóta a legtöbb ilyen programot és technológiát lecserélték vagy elhagyták. Az egylépéses eljárás a szenet egy reakciólépésben próbálja folyadékká alakítani. Egy ilyen eljárás magában foglalhat egy integrált online hidrogénező reaktort a desztillátumok minőségének javítására.
Ilyen például a Bergius-folyamat . A szén közvetlen hidrogénezése gázok, karburátor és dízel üzemanyag előállítására szolgált. Az ehhez szükséges hidrogént szén elgázosításával nyerték. A Bergius-eljárás során a szénszerkezetet hidrogénnel történő hidrogénezéssel egyszerűbb molekulákra bontják. A Bergius-eljárás termékei magasabb aromás tartalommal és magasabb oktánszámmal rendelkeznek a keletkező benzinben, mint a Fischer-Tropsch eljárásban használt germániumban is. A Fischer-Tropsch eljárás termékei inkább paraffinosak, a nagyobb molekulatömegű frakciók alkalmasak a vegyipar fő termékének.
Folyékony szénhidrogén termékeket a szén nyomás alatti hidrogén hordozó oldószerekkel történő extrakciójával is előállítottak, mint a Pott-Broche-Verfahren eljárásban. A Pott-Broche eljárás során tetralint és dekalint használtak hidrogénfejlesztő oldószerként. A tetralint és a dekalint naftalinná oxidálják , amelyet desztillációval választanak el, és hidrogénezés után újra felhasználhatók. Kiegészítő oldószerként krezolt vagy fenolt használnak. [2] A hidrogénezést 415 és 435 °C közötti hőmérsékleten és körülbelül 100 bar nyomáson hajtják végre. A rureli üzem 1938 és 1944 között 30 000 tonna széntüzelőanyagot állított elő, amelyet az erőművekben fűtőolaj helyettesítésére használtak.
Számos eljárási konfigurációt javasoltak, amelyek közül a legelterjedtebb legalább két nagynyomású reaktort foglal magában, amelyekben egy párhuzamos elgázosító rendszerből táplált vas és hidrogén diszpergált katalizátort használnak. A reaktorok jellemzően 450 °C-os hőmérsékleten és 200 bar nyomásig működnek szén, újrahasznosított olaj és hidrogén háromkomponensű szuszpenziójával. A kutatás fő célja jelentős költségmegtakarítás elérése ezen feltételek intenzitásának csökkentésével a tőkeköltségek csökkentése érdekében. A legtöbb kétlépcsős PSP folyamatot az 1970-es évek eleji olajembargóra válaszul fejlesztették ki. A kétlépcsős PSU-folyamat két lépésben megy végbe: először a szén feloldása, melynek során a szenet nagy molekulatömegű, de az eredeti szénhez viszonyított átlagos összetételű kis változással oldható formává alakítják. ; és egy második lépés, amelyben az oldott termékeket alacsonyabb forráspontú, csökkentett heteroatomtartalmú folyadékokká alakítják.
A kínai Shenhua közvetlen szén cseppfolyósítási eljárása magas inert tartalommal hidratálja a lignitet . A Belső-Mongóliában épült üzem az egyetlen szénhidrogénező üzem a világon, amely a második világháború óta működik kereskedelmi alapon. Az eljárás lényegében két lépésből áll, visszakevert reaktorokban és egy rögzített ágyas hidrogénezőből. Katalizátorként finom eloszlású vaskatalizátort használnak. Az eljárás 170 bar nyomáson és 450°C körüli hőmérsékleten működik, így több mint 90%-os konverziót ér el a felhasznált szénné. A keletkező termékek, mint a benzin, a dízel üzemanyag és a cseppfolyósított kőolaj, gyakorlatilag nem tartalmaznak ként és nitrogént. [3]
| A szerves tüzelőanyagok fő típusai | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kövület |
| ||||||||
| Megújuló és biológiai | |||||||||
| mesterséges | |||||||||