Direkt förvätsning av kol är en teknik för att producera flytande syntetiskt bränsle från kol (annat fast kol) råmaterial. Processen för direkt kondensering (flyttning) av kol (DCC) inkluderar inte förgasning. Detta är den grundläggande skillnaden mellan processen och Fischer-Tropsch-processen . [ett]
CCP jämförs och kontrasteras ofta med indirekt kolvätskning (ICL), som inkluderar förgasning av råmaterial som ett integrerat steg. CCP-processcykler inkluderar ofta förgasning[ specificera ] fasta rester eller ytterligare kolhaltigt råmaterial för att producera väte som behövs för direkta kondenseringsreaktioner. Föreslogs[ var? ] hybridteknologiska tillvägagångssätt som involverar en kombination av direkt kondensering av kol och indirekt flytande av kol (där förgasning är ett integrerat steg) och kan bli allt viktigare i ny forskning och utveckling inom kol/biomassa-till-vätska-teknik.
Direkt kondensering av kol innebär direktkontakt av kol med en katalysator vid förhöjda temperaturer och tryck med tillsats av väte (H 2 ) i närvaro av ett lösningsmedel för att bilda en rå flytande produkt, som vidarebearbetas till ett flytande bränsle . CCP kallas direkt eftersom kolet görs flytande utan föregående förgasning för att bilda syntesgas (som sedan i sin tur kan göras flytande). Det sista tillvägagångssättet i två steg, det vill säga vägen från kol till syngas till vätskor, kallas indirekt flytande av kol. Således är CSP-processen i princip den enklare och mer effektiva av de två processerna. Detta kräver dock en extern H2-källa, som kan framställas genom förgasning av ytterligare kolråvara, biomassa och/eller tung rest från processen som produceras i PSU-reaktorn. PSU-processen resulterar i ett relativt brett utbud av kolväteprodukter, bestående av olika molekylvikter och former, med en övervägande del av aromatiska föreningar. Följaktligen kräver produkten betydande ytterligare bearbetning för att erhålla ett acceptabelt transportbränsle.
Tekniken demonstrerades i Tyskland under andra världskriget, men till en hög kostnad, vilket ledde till en fabriksstängning efter kriget när den billiga oljeimporten återupptogs. Sedan dess har den fortsatta utvecklingen av denna teknik i USA och på andra håll fokuserat på att minska kostnaderna genom billigare katalysatorer, reaktordesign och förbättrad processeffektivitet. Det amerikanska energidepartementet hade ett mycket aktivt forskningsprogram för kolvätskebildning från 1970- till 1980-talet som svar på oljeembargot från OPEC (Organisation of the Petroleum Exporting Countries ) 1973, men finansieringen har minskat kraftigt sedan 1990-talet, då departementet of Energys utvecklingsprogram för direkt kondensering av kol är avslutat. CCP-tekniken, utvecklad av Department of Energy i samarbete med Hydrocarbon Technologies, Inc., HTI (nu en del av Headwater, Inc.), licensierades av Kinas Shenhua Corporation 2002, som byggde en CCP-anläggning i Erdos, Inre Mongoliet.
Många olika processer har utvecklats för PSU, men de flesta av dem är likartade när det gäller reaktionskemi och processkoncept. Gemensamma drag är upplösningen av kol i ett lösningsmedel, följt av hydrering av kolet H 2 i närvaro av en katalysator. Processen kan vara mycket effektiv med en total termisk verkningsgrad i intervallet ca. 65 %.
PSU innebär tillsats av väte ( hydrering ) till kol, vilket bryter ner dess organiska struktur till lösliga produkter. Reaktionen utförs vid förhöjd temperatur och tryck (t.ex. 400 till 450°C och 70 till 170 bar) i närvaro av ett lösningsmedel. Lösningsmedlet används för att underlätta utvinningen av kolet och tillsatsen av väte. Solubiliserad[ förtydliga ] Produkter som huvudsakligen består av aromater kan sedan uppgraderas med konventionella petroleumraffineringstekniker såsom hydrobehandling för att uppfylla specifikationerna för den slutliga flytande produkten.
Enstegsprocesser var den första generationens CSP-teknologi som utvecklades på 1960-talet, och sedan dess har de flesta sådana program och teknik ersatts eller övergivits. Enstegsprocessen försöker omvandla kol till vätskor i ett reaktionssteg. En sådan process kan innefatta en integrerad online-vätebehandlingsreaktor för att förbättra kvaliteten på destillaten.
Ett exempel är Bergiusprocessen . Processen med direkt hydrering av kol tjänade till att producera gaser, förgasare och dieselbränsle. Vätgasen som behövdes för detta erhölls genom förgasning av kol. I Bergiusprocessen bryts kolstrukturen ner till enklare molekyler genom hydrering med väte. Produkterna från Bergius-processen har ett högre aromatiskt innehåll och ett högre oktantal av den resulterande bensinen än de som också används i Fischer-Tropsch-processen germanium. Produkterna från Fischer-Tropsch-processen är mer paraffiniska, och fraktionerna med högre molekylvikt är lämpliga som huvudprodukt för den kemiska industrin.
Flytande kolväteprodukter erhölls också genom extraktion av kol med trycksatta vätebärarlösningsmedel, som i Pott-Broche-Verfahren-processen. Pott-Broche-processen fortsatte med användning av tetralin och dekalin som ett väte-utvecklande lösningsmedel. Tetralin och dekalin oxideras till naftalen , som separeras genom destillation och kan återanvändas efter hydrogenering. Kresol eller fenol används som ytterligare lösningsmedel. [2] Hydrogenering utförs vid en temperatur på från 415 till 435°C och ett tryck på cirka 100 bar. Rurelverket producerade 30 000 ton kolbränsle mellan 1938 och 1944, som användes som ersättning för eldningsolja i kraftverk.
Ett antal processkonfigurationer har föreslagits, den vanligaste versionen involverar minst två högtrycksreaktorer i serie med användning av järn- och vätedispergerad katalysator matad från ett parallellt förgasningssystem. Vanligtvis arbetar reaktorer vid temperaturer upp till 450 °C och tryck upp till 200 bar med en trekomponentsuspension av kol, återvunnen olja och väte. Forskningens huvudmål är att uppnå betydande kostnadsbesparingar genom att minska intensiteten i dessa förhållanden för att minska kapitalkostnaderna. De flesta av PSP-processerna i två steg utvecklades som svar på oljeembargot i början av 1970-talet. Tvåstegs PSU-processen fortskrider i två steg: först upplösningen av kolet, där kolet omvandlas till en löslig form med hög molekylvikt, men med liten förändring i den genomsnittliga sammansättningen jämfört med det ursprungliga kolet. ; och ett andra steg i vilket de lösta produkterna uppgraderas till lägre kokande vätskor med minskat innehåll av heteroatomer.
Kinas Shenhua-process för direkt flytande av kol hydratiserar brunkol med ett högt inertinnehåll. Anläggningen, byggd i Inre Mongoliet, är den enda kolhydreringsanläggningen i världen som har varit i drift på kommersiell basis sedan andra världskriget. Processen består huvudsakligen av två steg i återblandade reaktorer och en hydrotreater med fast bädd. En finfördelad järnkatalysator används som katalysator. Processen arbetar vid ett tryck på 170 bar och en temperatur på cirka 450°C, vilket uppnår över 90 % omvandling till det använda kolet. De resulterande produkterna, såsom nafta, dieselbränsle och flytande petroleumgas, innehåller praktiskt taget inget svavel och kväve. [3]
| Huvudtyper av organiskt bränsle | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Förnyelsebart och biologiskt | |||||||||
| artificiell | |||||||||