Suora hiilen nesteytys on tekniikka nestemäisen synteettisen polttoaineen valmistamiseksi hiilen (muu kiinteä hiili) raaka-aineista. Hiilen suora nesteytys (DCC) ei sisällä kaasutusta. Tämä on perustavanlaatuinen ero prosessin ja Fischer-Tropsch-prosessin välillä . [yksi]
CCP:tä verrataan ja verrataan usein epäsuoraan hiilen nesteyttämiseen (ICL), joka sisältää raaka-aineen kaasutuksen kiinteänä vaiheena. CCP-prosessisyklit sisältävät usein kaasutuksen[ täsmennä ] kiinteät jäännökset tai ylimääräinen hiilipitoinen raaka-aine suoraan nesteytysreaktioihin tarvittavan vedyn tuottamiseksi. Ehdotettiin[ missä? ] hybriditeknologian lähestymistavat, jotka sisältävät hiilen suoran nesteyttämisen ja epäsuoran hiilen nesteyttämisen yhdistelmän (jossa kaasutus on olennainen vaihe), ja niistä voi tulla yhä tärkeämpiä uudessa tutkimuksessa ja kehityksessä hiilen/biomassasta nesteeksi teknologioiden alalla.
Hiilen suora nesteytys käsittää hiilen suoran kosketuksen katalyytin kanssa korotetuissa lämpötiloissa ja paineissa lisäämällä vetyä (H 2 ) liuottimen läsnä ollessa, jolloin muodostuu raakatuote, joka jalostetaan edelleen nestemäiseksi polttoaineeksi . CCP:tä kutsutaan suoraksi, koska kivihiili nesteytetään ilman edeltävää kaasutusta synteesikaasun muodostamiseksi (joka puolestaan voidaan nesteyttää). Viimeistä kaksivaiheista lähestymistapaa, eli polkua hiilestä synteesikaasuun nesteisiin, kutsutaan epäsuoraksi hiilen nesteyttämiseksi. Näin ollen CSP-prosessi on periaatteessa yksinkertaisempi ja tehokkaampi kahdesta prosessista. Tämä vaatii kuitenkin ulkoisen H2-lähteen, joka voidaan tuottaa kaasuttamalla ylimääräistä kivihiilen syöttöainetta, biomassaa ja/tai PSU-reaktorissa tuotettua prosessin raskasta jäännöstä. PSU-prosessi tuottaa suhteellisen laajan valikoiman hiilivetytuotteita, jotka koostuvat erilaisista molekyylipainoista ja -muodoista, ja joissa on pääsääntöisesti aromaattisia yhdisteitä. Näin ollen tuote vaatii merkittävää lisäkäsittelyä hyväksyttävän kuljetuspolttoaineen saamiseksi.
Teknologiaa esiteltiin Saksassa toisen maailmansodan aikana, mutta korkealla hinnalla, mikä johti laitoksen sulkemiseen sodan jälkeen, kun halvan öljyn tuonti jatkui. Siitä lähtien tämän tekniikan jatkuva kehittäminen Yhdysvalloissa ja muualla on keskittynyt kustannusten vähentämiseen halvempien katalyyttien, reaktorin suunnittelun ja prosessin tehokkuuden parantamisen avulla. Yhdysvaltain energiaministeriöllä oli erittäin aktiivinen hiilen nesteyttämistutkimusohjelma 1970-luvulta 1980-luvulle vastauksena öljynviejämaiden järjestön ( OPEC ) vuonna 1973 antamaan öljysaartoon, mutta rahoitusta on vähennetty huomattavasti 1990-luvulta lähtien, jolloin ministeriö Energian suoran hiilen nesteyttämisen kehitysohjelma on saatu päätökseen. CCP-teknologian, jonka energiaministeriö on kehittänyt yhdessä Hydrocarbon Technologies, Inc:n, HTI:n kanssa (nyt osa Headwater, Inc.:tä), lisensoi kiinalainen Shenhua Corporation vuonna 2002, joka rakensi CCP-laitoksen Erdosiin, Sisä-Mongoliaan.
PSU:lle on kehitetty monia erilaisia prosesseja, mutta useimmat ovat samanlaisia reaktiokemian ja prosessikonseptin suhteen. Yleisiä piirteitä ovat hiilen liukeneminen liuottimeen, jota seuraa hiilen H2 hydraus katalyytin läsnä ollessa. Prosessi voi olla erittäin tehokas kokonaislämpöhyötysuhteen ollessa alueella noin. 65 %.
PSU sisältää vedyn ( hydrauksen ) lisäämisen hiileen, jolloin sen orgaaninen rakenne hajotetaan liukoisiksi tuotteiksi. Reaktio suoritetaan korotetussa lämpötilassa ja paineessa (esim. 400 - 450 °C ja 70 - 170 bar) liuottimen läsnä ollessa. Liuotinta käytetään helpottamaan hiilen uuttamista ja vedyn lisäämistä. Liuotettu[ selventää ] Tuotteet, jotka koostuvat pääasiassa aromaattisista aineista, voidaan sitten päivittää tavanomaisilla öljynjalostustekniikoilla, kuten vetykäsittelyllä, jotta ne täyttävät lopullisen nestemäisen tuotteen vaatimukset.
Yksivaiheiset prosessit olivat ensimmäisen sukupolven CSP-tekniikka, joka kehitettiin 1960-luvulla, ja sen jälkeen suurin osa tällaisista ohjelmista ja tekniikoista on korvattu tai hylätty. Yksivaiheisessa prosessissa yritetään muuntaa kivihiiltä nesteiksi yhdessä reaktiovaiheessa. Tällainen prosessi voi sisältää integroidun online-vetykäsittelyreaktorin tisleiden laadun parantamiseksi.
Esimerkki on Bergius-prosessi . Hiilen suora hydrausprosessi palveli kaasujen, kaasuttimen ja dieselpolttoaineen tuottamista. Tähän tarvittava vety saatiin kaasuttamalla hiiltä. Bergius-prosessissa hiilirakenne hajotetaan yksinkertaisemmiksi molekyyleiksi hydraamalla vedyn kanssa. Bergius-prosessin tuotteissa on korkeampi aromaattinen pitoisuus ja korkeampi oktaaniluku syntyvästä bensiinistä kuin niillä, joita käytetään myös Fischer-Tropsch-prosessin germaniumissa. Fischer-Tropsch-prosessin tuotteet ovat parafiinisempia ja korkeamman molekyylipainon fraktiot sopivat kemianteollisuuden päätuotteeksi.
Nestemäisiä hiilivetytuotteita saatiin myös uuttamalla hiiltä paineistetuilla vetykantajaliuottimilla, kuten Pott-Broche-Verfahren-prosessissa. Pott-Broche-prosessi eteni käyttämällä tetraliinia ja dekaliinia vetyä kehittävänä liuottimena. Tetraliini ja dekaliini hapetetaan naftaleeniksi , joka erotetaan tislaamalla ja voidaan käyttää uudelleen hydrauksen jälkeen. Lisäliuottimena käytetään kresolia tai fenolia . [2] Hydraus suoritetaan lämpötilassa 415-435 °C ja paineessa noin 100 bar. Rurelin tehdas tuotti 30 000 tonnia hiilipolttoainetta vuosina 1938-1944, jota käytettiin polttoöljyn korvikkeena voimalaitoksissa.
Useita prosessikonfiguraatioita on ehdotettu, joista yleisin versio sisältää vähintään kaksi korkeapainereaktoria sarjassa käyttäen rautaa ja vetyä dispergoitua katalyyttiä, jota syötetään rinnakkaisesta kaasutusjärjestelmästä. Tyypillisesti reaktorit toimivat jopa 450 °C:n lämpötiloissa ja 200 baarin paineissa kolmikomponenttisella hiilen, kierrätetyn öljyn ja vedyn suspensiolla. Tutkimuksen päätavoitteena on saavuttaa merkittäviä kustannussäästöjä vähentämällä näiden olosuhteiden intensiteettiä pääomakustannusten pienentämiseksi. Suurin osa kaksivaiheisista PSP-prosesseista kehitettiin vastauksena öljysaartoon 1970-luvun alussa. Kaksivaiheinen PSU-prosessi etenee kahdessa vaiheessa: ensinnäkin hiilen liukeneminen, jossa kivihiili muunnetaan liukoiseen muotoon, jolla on korkea molekyylipaino, mutta keskimääräinen koostumus muuttuu vain vähän alkuperäiseen hiileen verrattuna. ; ja toinen vaihe, jossa liuenneet tuotteet jalostetaan alempana kiehuviksi nesteiksi, joissa heteroatomien pitoisuus on pienempi.
Kiinan Shenhua-suora kivihiilen nesteytysprosessi hydratoi ruskohiiltä korkealla inerttipitoisuudella. Sisä-Mongoliaan rakennettu laitos on maailman ainoa kaupallisesti toiminut hiilen hydrauslaitos toisen maailmansodan jälkeen. Prosessi koostuu olennaisesti kahdesta vaiheesta takaisinsekoitetuissa reaktoreissa ja kiintopetivetykäsittelyssä. Katalyyttinä käytetään hienojakoista rautakatalyyttiä. Prosessi toimii 170 baarin paineessa ja noin 450°C lämpötilassa, jolloin saavutetaan yli 90 %:n konversio käytetyksi hiileksi. Syntyvät tuotteet, kuten teollisuusbensiini, dieselpolttoaine ja nestekaasu, eivät sisällä käytännössä lainkaan rikkiä ja typpeä. [3]
| Orgaanisten polttoaineiden päätyypit | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossiili |
| ||||||||
| Uusiutuva ja biologinen | |||||||||
| keinotekoinen | |||||||||