Lichefierea directă a cărbunelui este o tehnologie de producere a combustibilului sintetic lichid din cărbune (alte materii prime de carbon solid). Procesul de lichefiere directă (lichefierea) cărbunelui (DCC) nu include gazeificarea. Aceasta este diferența fundamentală dintre proces și procesul Fischer-Tropsch . [unu]
CCP este adesea comparat și contrastat cu lichefierea indirectă a cărbunelui (ICL), care include gazeificarea materiei prime ca o etapă integrală. Ciclurile de proces CCP includ adesea gazeificarea[ specificați ] reziduuri solide sau materie primă carbonică suplimentară pentru a produce hidrogen necesar reacțiilor directe de lichefiere. Au fost sugerate[ unde? ] abordări tehnologice hibride care implică o combinație de lichefiere directă a cărbunelui și lichefierea indirectă a cărbunelui (în care gazeificarea este o etapă integrală) și pot deveni din ce în ce mai importante în noile cercetări și dezvoltare în tehnologiile cărbune/biomasă-la-lichid.
Lichefierea directă a cărbunelui implică contactul direct al cărbunelui cu un catalizator la temperaturi și presiuni ridicate cu adăugarea de hidrogen (H2) în prezența unui solvent pentru a forma un produs lichid brut, care este ulterior procesat într- un combustibil lichid . CCP se numește direct deoarece cărbunele este lichefiat fără gazeificare prealabilă pentru a forma gaz de sinteză (care poate fi apoi, la rândul său, lichefiat). Ultima abordare în două etape, adică calea de la cărbune la gaz de sinteză la lichide, se numește lichefiere indirectă a cărbunelui. Astfel, procesul CSP este, în principiu, cel mai simplu și mai eficient dintre cele două procese. Cu toate acestea, aceasta necesită o sursă externă de H2, care poate fi produsă prin gazeificarea materiei prime suplimentare de cărbune, biomasă și/sau reziduu greu din procesul produs în reactorul PSU. Procesul PSU are ca rezultat o gamă relativ largă de produse de hidrocarburi, constând din diferite greutăți moleculare și forme, cu predominanța compușilor aromatici. În consecință, produsul necesită o prelucrare suplimentară semnificativă pentru a obține un combustibil de transport acceptabil.
Tehnologia a fost demonstrată în Germania în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, dar la un cost ridicat, ceea ce a dus la oprirea fabricii după război, când au reluat importurile ieftine de petrol. De atunci, dezvoltarea continuă a acestei tehnologii în Statele Unite și în alte părți s-a concentrat pe reducerea costurilor prin catalizatori mai ieftini, proiectarea reactorului și eficiența îmbunătățită a procesului. Departamentul de Energie al SUA a avut un program foarte activ de cercetare a lichefierii cărbunelui din anii 1970 până în anii 1980 ca răspuns la embargoul petrolier al Organizației Țărilor Exportatoare de Petrol ( OPEC ) din 1973, dar finanțarea a fost mult redusă din anii 1990, când Departamentul Programul de dezvoltare al Energy pentru lichefierea directă a cărbunelui este finalizat. Tehnologia CCP, dezvoltată de Departamentul de Energie în colaborare cu Hydrocarbon Technologies, Inc., HTI (acum parte a Headwater, Inc.), a fost licențiată de compania Shenhua din China în 2002, care a construit o fabrică CCP în Erdos, Mongolia Interioară.
Au fost dezvoltate multe procese diferite pentru PSU, dar cele mai multe dintre ele sunt similare în ceea ce privește chimia reacției și conceptul de proces. Caracteristicile comune sunt dizolvarea cărbunelui într-un solvent, urmată de hidrogenarea carbonului H2 în prezența unui catalizator. Procesul poate fi foarte eficient cu o eficiență termică globală în intervalul de cca. 65%.
PSU implică adăugarea de hidrogen ( hidrogenare ) la cărbune, descompunerea structurii sale organice în produse solubile. Reacţia este efectuată la temperatură şi presiune ridicate (de exemplu, 400 până la 450 °C şi 70 până la 170 bar) în prezenţa unui solvent. Solventul este utilizat pentru a facilita extragerea cărbunelui și adăugarea de hidrogen. Solubilizat[ clarifica ] Produsele compuse în principal din aromatice pot fi apoi îmbunătățite cu tehnici convenționale de rafinare a petrolului, cum ar fi hidrotratarea, pentru a îndeplini specificațiile produsului lichid final.
Procesele cu un singur pas au fost prima generație de tehnologie CSP dezvoltată în anii 1960, iar de atunci majoritatea acestor programe și tehnologii au fost înlocuite sau abandonate. Procesul într-o singură etapă încearcă să transforme cărbunele în lichide într-o singură etapă de reacție. Un astfel de proces poate include un reactor de hidrotratare online integrat pentru a îmbunătăți calitatea distilatelor.
Un exemplu este Procesul Bergius . Procesul de hidrogenare directă a cărbunelui a servit la producerea de gaze, carburator și motorină. Hidrogenul necesar pentru aceasta a fost obținut prin gazeificarea cărbunelui. În procesul Bergius, structura carbonului este descompusă în molecule mai simple prin hidrogenare cu hidrogen. Produsele procedeului Bergius au un conținut aromatic mai mare și un număr octanic mai mare al benzinei rezultate decât cele utilizate și în procesul Fischer-Tropsch germaniu. Produsele procesului Fischer-Tropsch sunt mai parafinice, iar fracțiile cu greutate moleculară mai mare sunt potrivite ca produs principal pentru industria chimică.
Produsele de hidrocarburi lichide au fost obținute și prin extracția cărbunelui cu solvenți purtători de hidrogen sub presiune, ca în procesul Pott-Broche-Verfahren. Procesul Pott-Broche a continuat folosind tetralină și decalină ca solvent care dezvoltă hidrogen. Tetralina și decalina sunt oxidate în naftalină , care este separată prin distilare și poate fi reutilizată după hidrogenare. Crezolul sau fenolul este utilizat ca solvent suplimentar. [2] Hidrogenarea se realizează la o temperatură de la 415 la 435°C și o presiune de aproximativ 100 bar. Uzina de la Rurel a produs 30.000 de tone de combustibil de cărbune între 1938 și 1944, care a fost folosit ca înlocuitor pentru păcură în centralele electrice.
Au fost propuse o serie de configurații de proces, cea mai comună versiune implicând cel puțin două reactoare de înaltă presiune în serie folosind catalizator dispersat de fier și hidrogen alimentat dintr-un sistem de gazeificare paralel. De obicei, reactoarele funcționează la temperaturi de până la 450 °C și la presiuni de până la 200 bar cu o suspensie cu trei componente de cărbune, ulei reciclat și hidrogen. Scopul principal al cercetării este realizarea unor economii semnificative de costuri prin reducerea intensității acestor condiții pentru a reduce costurile de capital. Majoritatea proceselor PSP în două etape au fost dezvoltate ca răspuns la embargoul petrolului de la începutul anilor 1970. Procesul PSU în două etape se desfășoară în două etape: în primul rând, dizolvarea cărbunelui, în care cărbunele este transformat într-o formă solubilă cu o greutate moleculară mare, dar cu puține modificări în compoziția medie în comparație cu cărbunele original. ; și o a doua etapă în care produsele dizolvate sunt actualizate la lichide cu fierbere mai scăzută cu un conținut redus de heteroatomi.
Procesul de lichefiere directă a cărbunelui Shenhua din China hidratează lignitul cu un conținut ridicat de inert. Uzina, construită în Mongolia Interioară, este singura centrală de hidrogenare a cărbunelui din lume care funcționează pe bază comercială încă de la al Doilea Război Mondial. Procesul constă în esență din două etape în reactoare cu amestec înapoi și un hidrotratator cu pat fix. Ca catalizator este folosit un catalizator de fier fin divizat. Procesul funcționează la o presiune de 170 bar și o temperatură de aproximativ 450°C, realizând o conversie de peste 90% la cărbunele utilizat. Produsele rezultate, cum ar fi nafta, motorina și gazul petrolier lichefiat, practic nu conțin sulf și azot. [3]
| Principalele tipuri de combustibil organic | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fosil |
| ||||||||
| Regenerabile și biologice | |||||||||
| artificial | |||||||||