تسييل الفحم

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

تسييل الفحم عملية كيميائية تحول الفحم الصلب إلى هيدروكربونات سائلة، بما في ذلك الوقود الاصطناعي والبتروكيماويات . يُشار إليها غالبًا باسم "تحويل الفحم إلى سوائل" (CTL) أو بشكل أوسع "تحويل الكربون إلى X" (حيث يمثل X منتجات مختلفة قائمة على الهيدروكربونات)، ويُقدم تسييل الفحم بديلاً للوقود التقليدي المشتق من البترول. [ 1 ] يمكن تصنيف هذه العملية إلى نهجين رئيسيين: التسييل المباشر (DCL)، الذي يحول الفحم كيميائيًا إلى منتجات سائلة باستخدام ضغط عالٍ والهيدروجين، والتسييل غير المباشر (ICL)، الذي يُحوّل الفحم أولاً إلى غاز التخليق (مزيج من أول أكسيد الكربون والهيدروجين) الذي يُحوّل لاحقًا إلى وقود سائل، غالبًا من خلال عملية فيشر-تروبش .

لعب تسييل الفحم دورًا تاريخيًا هامًا، لا سيما في الدول التي تفتقر إلى احتياطيات نفطية محلية. وقد طُوّر على نطاق واسع في ألمانيا خلال أوائل القرن العشرين، واستُخدم لتوفير الوقود خلال الحرب العالمية الثانية . وفي خمسينيات القرن الماضي، تبنّت جنوب أفريقيا تقنية تسييل الفحم من خلال شركة ساسول المملوكة للدولة لتعزيز أمن الطاقة، وهي ممارسة لا تزال قائمة حتى اليوم. وفي العقود الأخيرة، وسّعت دول مثل الصين مشاريع تسييل الفحم لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة.

رغم أن تسييل الفحم قد يُسهم في تحقيق استقلال الطاقة، إلا أنه يُثير مخاوف بيئية ، لا سيما فيما يتعلق بارتفاع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون واستهلاك المياه. وتركز الأبحاث الجارية على تحسين الكفاءة، ودمج الكتلة الحيوية ، وتطبيق تقنيات احتجاز الكربون للتخفيف من الآثار البيئية. وعلى الرغم من التحديات الاقتصادية والبيئية، لا يزال تسييل الفحم موضوعًا ذا أهمية عالمية، خاصة في المناطق التي تتمتع باحتياطيات وفيرة من الفحم وإمكانية محدودة للوصول إلى النفط الخام .

الخلفية التاريخية

طُوِّرت تقنية تسييل الفحم في الأصل في مطلع القرن العشرين. [ 2 ] تُعدّ عملية فيشر-تروبش (FT) أشهر عمليات تسييل الفحم، وقد سُمّيت نسبةً إلى مخترعيها فرانز فيشر وهانز تروبش من معهد القيصر فيلهلم في عشرينيات القرن الماضي. [ 3 ] تُشكّل عملية فيشر-تروبش أساس تقنية تسييل الفحم غير المباشر (ICL). كما اخترع الكيميائي الألماني فريدريش بيرغيوس تقنية تسييل الفحم المباشر (DCL) كوسيلة لتحويل الليغنيت إلى زيت اصطناعي عام 1913.

كان تسييل الفحم جزءًا هامًا من خطة أدولف هتلر الرباعية لعام 1936، وأصبح عنصرًا أساسيًا في الصناعة الألمانية خلال الحرب العالمية الثانية . [ 4 ] في منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، بدأت شركات مثل آي جي فاربن وروهركيمي الإنتاج الصناعي للوقود الاصطناعي المشتق من الفحم. أدى ذلك إلى بناء اثني عشر مصنعًا لتسييل الفحم المباشر باستخدام الهدرجة، وتسعة مصانع لتسييل الفحم باستخدام عملية فيشر-تروبش بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية. وفّرت تقنية تسييل الفحم 92% من وقود الطائرات في ألمانيا وأكثر من 50% من إمداداتها البترولية في أربعينيات القرن العشرين، مما ساهم جزئيًا في تخفيف نقص الوقود لدى الجيش النازي. [ 2 ]

كانت مصانع DCL وICL تُكمل بعضها البعض بفعالية بدلاً من التنافس. ويعود السبب في ذلك إلى أن هدرجة الفحم تُنتج بنزينًا عالي الجودة للطائرات والمحركات، بينما أنتجت عملية التخليق بتقنية فيشر-تروبش بشكل رئيسي ديزل عالي الجودة، وزيوت تشحيم، وشمع، بالإضافة إلى كميات أقل من بنزين المحركات ذي الجودة المنخفضة. كما كانت مصانع DCL أكثر تطورًا، حيث أن الليغنيت - وهو الفحم الوحيد المتوفر في أجزاء كثيرة من ألمانيا - كان أكثر ملاءمة للهدرجة منه لعملية التخليق بتقنية فيشر-تروبش. بعد الحرب، تخلت ألمانيا عن إنتاج الوقود الاصطناعي لأنها حُمِّلت مسؤولية خسارة الحرب، فضلاً عن حظره بموجب مؤتمر بوتسدام عام 1945. [ 4 ]

في خمسينيات القرن العشرين، طورت جنوب أفريقيا تقنية تحويل الفحم إلى سوائل (CTL) الخاصة بها. تأسست شركة جنوب أفريقيا للفحم والنفط والغاز ( ساسول ) عام ١٩٥٠ كجزء من عملية التصنيع التي اعتبرتها حكومة جنوب أفريقيا ضرورية لاستمرار التنمية الاقتصادية والاستقلال الذاتي. [ ٥ ] لم تكن جنوب أفريقيا تمتلك احتياطيات نفطية محلية معروفة آنذاك، مما جعلها عرضة لانقطاع الإمدادات القادمة من الخارج، وإن كان ذلك لأسباب مختلفة في أوقات مختلفة. شكلت ساسول وسيلة ناجحة لحماية ميزان المدفوعات في البلاد من الاعتماد المتزايد على النفط الأجنبي. لسنوات، كان منتجها الرئيسي هو الوقود الاصطناعي، وحظي هذا النشاط التجاري بحماية حكومية كبيرة في جنوب أفريقيا خلال سنوات الفصل العنصري لمساهمته في أمن الطاقة المحلي . [ ٦ ]

على الرغم من أن إنتاج النفط من الفحم كان عمومًا أكثر تكلفة بكثير من إنتاجه من البترول الطبيعي، إلا أن الأهمية السياسية والاقتصادية لتحقيق أكبر قدر ممكن من الاستقلال في هذا المجال كانت كافية لتجاوز أي اعتراضات. باءت المحاولات المبكرة لجذب رؤوس الأموال الخاصة، سواءً الأجنبية أو المحلية، بالفشل، ولم يبدأ مشروع تسييل الفحم إلا بدعم من الدولة. استمر مشروع تسييل الفحم في لعب دور حيوي في الاقتصاد الوطني لجنوب إفريقيا، حيث كان يوفر حوالي 30% من احتياجاتها المحلية من الوقود. مع تحول جنوب إفريقيا نحو الديمقراطية في التسعينيات، سعت شركة ساسول إلى البحث عن منتجات أكثر قدرة على المنافسة في السوق العالمية؛ ومع بداية الألفية الجديدة، ركزت الشركة بشكل أساسي على أعمالها في مجال البتروكيماويات، بالإضافة إلى جهودها لتحويل الغاز الطبيعي إلى نفط خام ( GTL ) مستفيدةً من خبرتها في عملية فيشر-تروبش.

طُرق

تنقسم تقنيات التسييل المحددة عمومًا إلى فئتين: التسييل المباشر (DCL ) والتسييل غير المباشر (ICL). تعتمد العمليات المباشرة على أساليب مثل التفحيم والتحلل الحراري والهدرجة . [ 7 ]

تتضمن عمليات التسييل غير المباشر عمومًا تحويل الفحم إلى غاز، لينتج خليطًا من أول أكسيد الكربون والهيدروجين ، يُعرف غالبًا باسم غاز التخليق أو ببساطة غاز التخليق . وباستخدام عملية فيشر-تروبش، يُحوّل غاز التخليق إلى هيدروكربونات سائلة. [ 8 ]

في المقابل، تحوّل عمليات التسييل المباشر الفحم إلى سوائل مباشرةً دون الحاجة إلى خطوات وسيطة، وذلك عن طريق تكسير البنية العضوية للفحم باستخدام مذيب مانح للهيدروجين ، غالبًا تحت ضغوط ودرجات حرارة عالية. [ 9 ] ونظرًا لأن الهيدروكربونات السائلة تحتوي عمومًا على نسبة مولية أعلى من الهيدروجين إلى الكربون مقارنةً بالفحم، فإنه يجب استخدام عمليات الهدرجة أو إزالة الكربون في كلٍ من تقنيات التسييل الداخلي (ICL) والتسييل المباشر (DCL).

على نطاق صناعي (أي آلاف البراميل/يوم)، يتطلب مصنع تسييل الفحم عادةً استثمارات رأسمالية بمليارات الدولارات. [ 10 ]

عمليات التحلل الحراري والتفحيم

توجد عدة عمليات للتفحيم. ويحدث تحويل التفحيم عادةً من خلال التحلل الحراري أو التقطير الإتلافي . وينتج عنه قطران الفحم القابل للتكثيف ، والزيت وبخار الماء، والغاز الاصطناعي غير القابل للتكثيف ، وبقايا صلبة تُسمى الفحم النباتي .

من الأمثلة النموذجية على عملية التفحيم عملية كاريك . في هذه العملية منخفضة الحرارة ، يُسخّن الفحم من 360 درجة مئوية (680 درجة فهرنهايت) إلى 750 درجة مئوية (1380 درجة فهرنهايت) في غياب الهواء. تُحسّن هذه الدرجات الحرارية إنتاج قطران الفحم الغني بالهيدروكربونات الأخف من قطران الفحم العادي. مع ذلك، فإن السوائل الناتجة في الغالب هي منتج ثانوي، والمنتج الرئيسي هو فحم الكوك شبه الصلب - وهو وقود صلب عديم الدخان. [ 2 ]    

تستخدم عملية COED، التي طورتها شركة FMC ، طبقة مميعة للمعالجة، بالتزامن مع رفع درجة الحرارة، عبر أربع مراحل من التحلل الحراري. ويتم نقل الحرارة بواسطة الغازات الساخنة الناتجة عن احتراق جزء من الفحم الناتج. وتتضمن عملية COGAS، وهي تعديل لهذه العملية، إضافة عملية تغويز الفحم. [ 11 ] أما عملية TOSCOAL، وهي عملية مماثلة لعملية تقطير الصخر الزيتي TOSCO II وعملية Lurgi–Ruhrgas ، والتي تُستخدم أيضًا لاستخراج زيت الصخر الزيتي ، فتستخدم مواد صلبة معاد تدويرها ساخنة لنقل الحرارة. [ 11 ]

تُعتبر كميات السوائل الناتجة عن التحلل الحراري وعملية كاريك منخفضةً للغاية بشكل عام للاستخدام العملي في إنتاج الوقود السائل الاصطناعي. [ 12 ] وتحتاج قطران الفحم والزيوت الناتجة عن التحلل الحراري عادةً إلى معالجة إضافية قبل أن تصبح قابلة للاستخدام كوقود للمحركات؛ حيث تُعالج بالهيدروجين لإزالة مركبات الكبريت والنيتروجين ، وبعد ذلك تُحوّل في النهاية إلى وقود سائل . [ 11 ]

باختصار، فإن الجدوى الاقتصادية لهذه التقنية موضع شك. [ 10 ]

عمليات الهدرجة

فريدريش بيرجيوس

إحدى الطرق الرئيسية لتحويل الفحم مباشرةً إلى سوائل عبر عملية الهدرجة هي عملية بيرغيوس ، التي طورها فريدريك بيرغيوس عام 1913. في هذه العملية، يُخلط الفحم الجاف مع زيت ثقيل مُعاد تدويره من العملية. ويُضاف عادةً عامل حفاز إلى الخليط. يحدث التفاعل عند درجة حرارة تتراوح بين 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت) و 500 درجة مئوية (932 درجة فهرنهايت) وضغط هيدروجين يتراوح بين 20 و70 ميجا باسكال . ويمكن تلخيص التفاعل كما يلي: [ 7 ]     

نج+(ن+1)ح2⟶جنح2ن+2{\displaystyle n{\ce {C}}+(n+1){\ce {H2 -> C}}{}_{n}{\ce {H}}_{2n+2}}

بعد الحرب العالمية الأولى، بُنيت عدة مصانع في ألمانيا تعتمد على هذه التقنية؛ وقد استُخدمت هذه المصانع على نطاق واسع خلال الحرب العالمية الثانية لتزويد ألمانيا بالوقود ومواد التشحيم. [ 13 ] طُوّرت عملية كولول في ألمانيا بواسطة شركتي روهركول وفيبا ، واستُخدمت في محطة تجريبية بطاقة إنتاجية تبلغ 200 طن من الليغنيت يوميًا، بُنيت في بوتروب ، ألمانيا. عملت هذه المحطة من عام 1981 إلى عام 1987. في هذه العملية، يُخلط الفحم بمذيب مُعاد تدويره ومحفز حديدي. بعد التسخين المسبق والضغط، يُضاف الهيدروجين . تتم العملية في مفاعل أنبوبي عند ضغط 300 بار (30 ميجا باسكال؛ 4400 رطل لكل بوصة مربعة) ودرجة حرارة 470 درجة مئوية (880 درجة فهرنهايت) . [ 14 ] كما استكشفت شركة ساسول هذه العملية في جنوب إفريقيا.      

خلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، طورت شركات يابانية، هي نيبون كوكان ، وسوميتومو ميتال إندستريز ، وميتسوبيشي للصناعات الثقيلة، عملية NEDOL. في هذه العملية، يُخلط الفحم مع مذيب مُعاد تدويره ومحفز صناعي قائم على الحديد؛ وبعد التسخين المسبق، يُضاف الهيدروجين. يحدث التفاعل في مفاعل أنبوبي عند درجة حرارة تتراوح بين 430 درجة مئوية (810 درجة فهرنهايت) و 465 درجة مئوية (870 درجة فهرنهايت) وضغط يتراوح بين 150 و200 بار (15-20 ميجا باسكال؛ 2200-2900 رطل لكل بوصة مربعة) . يتميز الزيت الناتج بجودة منخفضة ويتطلب معالجة مكثفة. [ 14 ]       

تعتمد عملية H-Coal، التي طورتها شركة Hydrocarbon Research, Inc. عام 1963، على خلط الفحم المسحوق مع السوائل المعاد تدويرها والهيدروجين والمحفز في مفاعل ذي طبقة مميعة . من مزايا هذه العملية أن عملية الذوبان وتحسين جودة الزيت تتم في مفاعل واحد، وتتميز المنتجات بنسبة عالية من الهيدروجين إلى الكربون، وسرعة التفاعل. أما عيوبها الرئيسية فتتمثل في ارتفاع إنتاج الغاز (فهي في الأساس عملية تكسير حراري)، وارتفاع استهلاك الهيدروجين، واقتصار استخدام الزيت على كونه زيت غلايات فقط بسبب الشوائب. [ 11 ]

تم تطوير عمليات SRC-I و SRC-II (الفحم المكرر بالمذيبات) بواسطة شركة جلف أويل وتم تنفيذها كمحطات تجريبية في الولايات المتحدة في الستينيات والسبعينيات. [ 14 ]

طوّرت شركة خدمات المرافق النووية عملية الهدرجة التي حصل ويلبورن سي. شرودر على براءة اختراعها عام 1976. تضمنت العملية فحمًا مجففًا ومطحونًا ممزوجًا بنحو 1% وزنيًا من محفزات الموليبدينوم . [ 7 ] تمت الهدرجة باستخدام غاز التخليق عالي الحرارة والضغط ، المُنتَج في مُغَوِّز منفصل. أنتجت العملية في النهاية منتجًا خامًا اصطناعيًا، وهو النفتا ، وكمية محدودة من غاز C3 / C4 ، وسوائل خفيفة إلى متوسطة الوزن (C5 - C10 ) مناسبة للاستخدام كوقود، وكميات قليلة من الأمونيا (NH3) ، وكميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) . [ 15 ] من عمليات الهدرجة الأخرى أحادية المرحلة: عملية إكسون للمذيبات المانحة، وعملية إمهاوزن عالية الضغط، وعملية كونوكو لكلوريد الزنك. [ 14 ]

توجد أيضاً عدة عمليات تسييل مباشرة ثنائية المراحل؛ ومع ذلك، بعد ثمانينيات القرن العشرين، لم يتم تطوير سوى عملية التسييل التحفيزية ثنائية المراحل، المعدلة من عملية H-Coal؛ وعملية استخلاص المذيبات السائلة بواسطة شركة British Coal ؛ وعملية تسييل الفحم البني في اليابان. [ 14 ]

قررت شركة شينخوا ، وهي شركة صينية لتعدين الفحم، في عام 2002 إنشاء محطة تسييل مباشر في إردوس، بمنطقة منغوليا الداخلية (محطة إردوس لتسييل الفحم )، بطاقة إنتاجية تبلغ 20 ألف برميل يوميًا (3.2 × 10 ^ 3 متر مكعب / يوم) من المنتجات السائلة، بما في ذلك زيت الديزل وغاز البترول المسال والنفتا (إيثر البترول). أُجريت الاختبارات الأولية في نهاية عام 2008، ثم بدأت حملة اختبار ثانية أطول في أكتوبر 2009. وفي عام 2011، أفادت مجموعة شينخوا بأن محطة التسييل المباشر تعمل بشكل مستمر ومستقر منذ نوفمبر 2010، وأن شينخوا حققت أرباحًا قبل الضرائب بلغت 800 مليون يوان (125.1 مليون دولار أمريكي) في الأشهر الستة الأولى من عام 2011 من هذا المشروع. [ 16 ] 

طوّرت شركة شيفرون عملية ابتكرها جويل دبليو روزنتال تُعرف باسم عملية شيفرون لتسييل الفحم (CCLP). [ 17 ] وتتميز هذه العملية بربطها الوثيق بين وحدة الإذابة غير المحفزة ووحدة المعالجة الهيدروجينية المحفزة . وقد تميز الزيت الناتج بخصائص فريدة مقارنةً بأنواع زيوت الفحم الأخرى؛ إذ كان أخف وزنًا ويحتوي على شوائب أقل بكثير من الذرات غير الكربونية. تم توسيع نطاق العملية لتصل إلى 6 أطنان يوميًا، ولكن لم يتم إثبات جدواها التجارية بعد.

عمليات التحويل غير المباشرة

تتم عمليات تسييل الفحم غير المباشر على مرحلتين. في المرحلة الأولى، يُحوّل الفحم إلى غاز التخليق (مزيج مُنقّى من غازي أول أكسيد الكربون والهيدروجين ) . في المرحلة الثانية، يُحوّل غاز التخليق إلى هيدروكربونات خفيفة باستخدام إحدى ثلاث عمليات رئيسية: تخليق فيشر-تروبش، أو تخليق الميثانول مع تحويله لاحقًا إلى بنزين أو منتجات بتروكيماوية ، أو الميثنة . تُعدّ عملية فيشر-تروبش أقدم عمليات تسييل الفحم غير المباشر.

في عمليات تصنيع الميثانول، يُحوّل غاز التخليق إلى ميثانول ، والذي يُبلمر لاحقًا إلى ألكانات باستخدام محفز الزيوليت . طُوّرت هذه العملية، المعروفة باسم MTG (اختصارًا لـ "تحويل الميثانول إلى بنزين")، من قِبل شركة موبيل في أوائل سبعينيات القرن الماضي، ويجري اختبارها حاليًا في محطة تجريبية تابعة لمجموعة جينتشنغ لتعدين الأنثراسيت (JAMG) في شانشي، الصين. وبفضل هذه العملية، طوّرت الصين أيضًا صناعة قوية لتحويل الفحم إلى مواد كيميائية ، تشمل منتجاتها الأوليفينات ، وMEG ، و DME، والمركبات العطرية .

يحوّل تفاعل الميثنة الغاز التخليقي إلى غاز طبيعي بديل (SNG). يُعدّ مصنع غريت بلينز للتغويز في بيولا، بولاية داكوتا الشمالية، منشأة لتحويل الفحم إلى غاز طبيعي بديل، حيث ينتج 160 مليون قدم مكعب يوميًا من الغاز الطبيعي البديل، ويعمل منذ عام 1984. [ 18 ] وتوجد عدة محطات لتحويل الفحم إلى غاز طبيعي بديل قيد التشغيل أو الإنشاء في الصين وكوريا الجنوبية والهند.

في تطبيق آخر لعملية التغويز، يتفاعل الهيدروجين المستخلص من الغاز الاصطناعي مع النيتروجين لتكوين الأمونيا . ثم تتفاعل الأمونيا مع ثاني أكسيد الكربون لإنتاج اليوريا . [ 19 ]

تم إدراج الأمثلة المذكورة أعلاه للمحطات التجارية القائمة على عمليات تسييل الفحم غير المباشر، بالإضافة إلى العديد من الأمثلة الأخرى غير المدرجة هنا بما في ذلك تلك التي لا تزال في مراحل التخطيط وقيد الإنشاء، في قاعدة بيانات التغويز العالمية التابعة لمجلس تقنيات التغويز. [ 20 ]

الاعتبارات البيئية

عادةً ما ترتبط عمليات تسييل الفحم بانبعاثات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، سواءً من عملية التغويز أو من توليد الحرارة والكهرباء اللازمة لمفاعلات التسييل، [ 10 ] مما يؤدي إلى إطلاق غازات دفيئة تُساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري الناتج عن الأنشطة البشرية . ويزداد هذا الأمر أهميةً إذا تم تسييل الفحم دون استخدام أي تقنيات لاحتجاز الكربون وتخزينه . [ 21 ] توجد تكوينات لمحطات تحويل الفحم إلى سوائل (CTL) ذات انبعاثات منخفضة، وهي تكوينات ممكنة تقنيًا. [ 22 ]

يُعدّ ارتفاع استهلاك المياه في تفاعل تحويل غاز الماء أو إصلاح الميثان بالبخار أثراً بيئياً سلبياً آخر. [ 10 ]

في الولايات المتحدة، يعكس معيار الوقود المتجدد ومعيار الوقود منخفض الكربون ، كما هو معمول به في ولاية كاليفورنيا، الطلب المتزايد على أنواع الوقود ذات البصمة الكربونية المنخفضة . كما أن التشريعات الأمريكية قد قيدت استخدام الجيش للوقود السائل البديل ليقتصر على تلك الأنواع التي ثبت أن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال دورة حياتها أقل من أو تساوي انبعاثات نظيرتها التقليدية القائمة على البترول، وذلك وفقًا لما تنص عليه المادة 526 من قانون استقلال الطاقة والأمن (EISA) لعام 2007. [ 23 ]

البحث والتطوير في مجال تسييل الفحم

لدى الجيش الأمريكي برنامج نشط لتشجيع استخدام أنواع الوقود البديلة، [ 24 ] ومن شأن استغلال احتياطيات الفحم الأمريكية المحلية الهائلة لإنتاج الوقود من خلال تسييل الفحم أن يحقق مزايا اقتصادية وأمنية واضحة. ولكن نظرًا لبصمتها الكربونية العالية، يواجه الوقود الناتج عن تسييل الفحم تحديًا كبيرًا يتمثل في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري طوال دورة حياته إلى مستويات تنافسية، الأمر الذي يتطلب استمرار البحث والتطوير في تكنولوجيا التسييل لزيادة الكفاءة وخفض الانبعاثات. وسيتطلب الأمر اتباع عدد من مسارات البحث والتطوير، بما في ذلك:

  • احتجاز الكربون وتخزينه، بما في ذلك استخلاص النفط المعزز وطرق احتجاز الكربون وتخزينه التطويرية، لتعويض الانبعاثات الناتجة عن كل من تصنيع واستخدام الوقود السائل من الفحم.
  • مزيج المواد الأولية من الفحم/الكتلة الحيوية/الغاز الطبيعي لتسييل الفحم: إن استخدام الكتلة الحيوية المحايدة للكربون والغاز الطبيعي الغني بالهيدروجين كمواد أولية مشتركة في عمليات تسييل الفحم لديه إمكانات كبيرة لخفض انبعاثات غازات الدفيئة لدورة حياة منتجات الوقود إلى نطاقات تنافسية.
  • الهيدروجين من مصادر الطاقة المتجددة: يمكن تلبية الطلب على الهيدروجين في عمليات تسييل الفحم من خلال مصادر الطاقة المتجددة، بما في ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية والكتلة الحيوية، مما يقلل بشكل كبير من الانبعاثات المرتبطة بالطرق التقليدية لإنتاج الهيدروجين (مثل إصلاح الميثان بالبخار أو تغويز الفحم)،
  • تحسينات العمليات مثل تكثيف عملية فيشر-تروبش، وعمليات التسييل الهجينة، وتقنيات فصل الهواء الأكثر كفاءة اللازمة لإنتاج الأكسجين (مثل فصل الأكسجين القائم على الأغشية الخزفية).

منذ عام 2014، تعاونت وزارة الطاقة الأمريكية ووزارة الدفاع على دعم الأبحاث والتطوير الجديدة في مجال تسييل الفحم لإنتاج وقود سائل بمواصفات عسكرية، مع التركيز على وقود الطائرات، والذي سيكون فعالاً من حيث التكلفة ومتوافقًا مع القسم 526 من قانون استقلال الطاقة والأمن. [ 25 ] يتم وصف المشاريع الجارية في هذا المجال ضمن مجال البحث والتطوير لتخليق الوقود المتقدم التابع للمختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة بوزارة الطاقة الأمريكية في برنامج تحويل الفحم والكتلة الحيوية الفحمية إلى سوائل .

يُمنح سنوياً جائزة "الكربون إلى X" العالمية لباحث أو مطور في مجال تحويل الفحم . وقد فاز بها عام 2016 السيد جونا بيلاي، المدير التنفيذي لقسم التغويز وتحويل الفحم إلى سوائل في شركة جندال للصلب والطاقة المحدودة (الهند). أما جائزة عام 2017 فقد فاز بها الدكتور ياو مين، نائب المدير العام لمجموعة شينخوا نينغشيا للفحم (الصين). [ 26 ]

من حيث التطوير التجاري، يشهد تحويل الفحم تسارعاً ملحوظاً. [ 27 ] جغرافياً، تقع معظم المشاريع النشطة والعمليات التي تم تشغيلها مؤخراً في آسيا، وخاصة في الصين، بينما تأخرت أو أُلغيت المشاريع الأمريكية بسبب تطوير الغاز الصخري والنفط الصخري.

محطات ومشاريع تسييل الفحم

مشاريع تحويل الفحم إلى وقود سائل في العالم (خارج الولايات المتحدة)

مشاريع تحويل الفحم إلى وقود سائل في العالم (خارج الولايات المتحدة) [ 20 ] [ 28 ]
مشروعمطورالمواقعيكتبمنتجاتبدء العمليات
ساسول سينفيولز 2 (غرب) وساسول سينفيولز 3 (شرق)شركة ساسول (المحدودة)سيكوندة، جنوب أفريقياCTL160,000 برميل يومياً؛ المنتجات الأولية: البنزين والأوليفينات الخفيفة (الألكينات).1977(II)/1983(III)
محطة شينخوا لتسييل الفحم المباشرمجموعة شينهواإردوس، منغوليا الداخلية، الصينCTL (التسييل المباشر)20,000 برميل يوميًا؛ المنتجات الأولية: وقود الديزل، غاز البترول المسال، النفتا2008
مصنع Yitai CTLشركة ييتاي لتصنيع زيت الفحم المحدودةأوردوس، تشونغير، الصينCTL160 ألف طن متري/سنة من سوائل فيشر-تروبش2009
مصنع جينتشنغ MTGشركة جينتشنغ لتعدين الأنثراسيت المحدودةجينتشنغ، الصينCTL300 ألف طن/سنة من الميثانول من عملية MTG2009
ساسول للوقود الاصطناعيشركة ساسول (المحدودة)سيكوندة، جنوب أفريقياCTLسعة الغاز التخليقي 3,960,000 (متر مكعب قياسي /يوم)؛ سوائل فيشر-تروبش2011
مصنع شانشي لوان CTLشركة شانشي لوان المحدودةلوان، الصينCTL160 ألف طن متري/سنة من سوائل فيشر-تروبش2014
محطة تحويل الفحم إلى سوائل ICMشركة منغوليا الصناعية ذات المسؤولية المحدودة (ICM)توغروغ نور، منغولياCTLسعة الغاز التخليقي 13,200,000 (متر مكعب قياسي /يوم)؛ بنزين2015
مصنع Yitai Yili CTLشركة ييتاي ييلي للطاقةييلي، الصينCTL30,000 برميل يوميًا من سوائل فيشر-تروبش2015
محطة Yitai Ordos CTL المرحلة الثانيةييتايأوردوس، زونجير دالو، الصينCTL46000 برميل يوميًا من سوائل فيشر-تروبش2016
مصنع Yitai Ürümqi CTLييتايجوانكوانباو، أورونكي، الصينCTL46000 برميل يوميًا من سوائل فيشر-تروبش2016
مشروع شينهوا نينغشيا CTLشركة شينخوا جروب المحدودةالصين، ينشوان، نينغشياCTL4 ملايين طن/سنة من الديزل والنفتا2016
صناعات الكربون النظيفصناعات الكربون النظيفموزمبيق، مقاطعة تيتيتحويل نفايات الفحم إلى سوائل65000 برميل من الوقود يومياً2020
مشروع أركارينجاألتونا للطاقةأستراليا، جنوبCTL30,000 برميل يوميًا - المرحلة الأولى، 45,000 برميل يوميًا + 840 ميغاواط - المرحلة الثانيةسيتم تحديده لاحقاً

مشاريع تحويل الفحم إلى وقود سائل في الولايات المتحدة

مشاريع تحويل الفحم إلى وقود سائل في الولايات المتحدة [ 20 ] [ 29 ]
مشروعمطورالمواقعيكتبمنتجاتحالة
شركة آدامز فورك للطاقة - ترانس غاز دبليو في جي سي تي إلأنظمة تطوير ترانس غاز (TGDS)مقاطعة مينغو، ولاية فرجينيا الغربيةCTL7500 طن يوميًا من الفحم لإنتاج 18000 برميل يوميًا من البنزين و300 برميل يوميًا من غاز البترول المسالالعمليات 2016 أو أحدث
شركة أمريكان ليجنيت إنرجي (المعروفة أيضًا باسم مشروع كول كريك)شركة أمريكان ليجنيت إنرجي ذ.م.م. (شركة نورث أمريكان كول، شركة هيدواترز إنرجي سيرفيسز)مقاطعة ماكلين، داكوتا الشماليةCTL11.5 مليون طن سنوياً من فحم الليغنيت إلى 32 ألف برميل يومياً من وقود غير محددمؤجل/ملغى
مشروع بيلوود لتحويل الفحم إلى سوائل (ناتشيز)رينتكناتشيز، ميسيسيبيCTLفحم الكوك البترولي لإنتاج ما يصل إلى 30,000 برميل يومياً من الديزل فائق النظافةمؤجل/ملغى
مشروع الطاقة النظيفةشركة الوقود الاصطناعي الأمريكية (USASF)وايومنغالنفط الخام الاصطناعي30.6  مليون برميل/سنة من النفط الخام الاصطناعي (أو 182 مليار قدم مكعب سنوياً)التخطيط/التمويل غير مضمون
مشروع تحويل الفحم إلى سوائل في خليج كوك (المعروف أيضاً باسم مشروع بيلوغا لتحويل الفحم إلى سوائل)AIDEA والموارد الطبيعية في ألاسكا للسوائلخليج كوك، ألاسكاCTLإنتاج 16 مليون طن متري سنوياً من الفحم لإنتاج 80 ألف برميل يومياً من الديزل والنفتا؛ ثاني أكسيد الكربون لتعزيز استخلاص النفط؛ توليد 380 ميغاواط من الكهرباءمؤجل/ملغى
محطة ديكاتور لتحويل الغازطاقة آمنةديكاتور، إلينويCTL1.5 مليون طن سنويًا من فحم إلينوي عالي الكبريت ينتج 10200 برميل يوميًا من البنزين عالي الجودةمؤجل/ملغى
مصنع إيست دوبوكشركة رينتك للطاقة في الغرب الأوسط (REMC)إيست دوبوك، إلينويالخلايا اللمفاوية التائية السامة للخلايا، تعدد الأجيال1000 طن يوميًا من الأمونيا؛ 2000 برميل يوميًا من الوقود النظيف والمواد الكيميائيةمؤجل/ملغى
FEDC Healy CTLمؤسسة فيربانكس للتنمية الاقتصادية (FEDC)فيربانكس، ألاسكاCTL/GTL4.2-11.4 مليون طن سنوياً من الفحم المستخرج من منجم هيلي؛ حوالي 40 ألف برميل يومياً من الوقود السائل؛ 110 ميغاواطتخطيط
شركة فريدوم إنرجي ديزل سي تي إلشركة فريدوم إنرجي ديزل ذ.م.م.موريستاون، تينيسيGTLغير محددمؤجل/ملغى
شركة فيوتشر فيولز كنتاكي سي تي إلشركة فيوتشر فيولز، شركة كنتاكي ريفر بروبرتيزمقاطعة بيري، كنتاكيCTLغير محدد. تحويل الفحم إلى ميثانول ومواد كيميائية أخرى (أكثر من 100 مليون طن من إمدادات الفحم)نشيط
هانتون "المصفاة الخضراء" سي تي إلهانتون إنرجيفريبورت، تكساسCTLإنتاج النفط الخام البيتوميني إلى 340 ألف برميل يومياً من وقود الطائرات ووقود الديزلمؤجل/ملغى
مشروع إلينوي للوقود النظيفوقود الفحم النظيف الأمريكيمقاطعة كولز، إلينويCTL4.3 مليون طن متري من الفحم/الكتلة الحيوية إلى 400 مليون طن متري من الديزل ووقود الطائراتمؤجل/ملغى
مشروع ليما للطاقةشركة الوقود الاصطناعي الأمريكية (USASF)ليما، أوهايوIGCC/SNG/H2 ، توليد متعددثلاث مراحل: 1) 2.7 مليون برميل مكافئ نفطي ، 2) التوسع إلى 5.3 مليون برميل مكافئ نفطي، 3) التوسع إلى 8.0 مليون برميل مكافئ نفطي (47 ​​مليار قدم مكعب/سنة)، 516 ميغاواطنشيط
ماني ستارز سي تي إلشركة الطاقة الأسترالية الأمريكية (تيرا نوفا مينيرالز أو جريت ويسترن إنرجي)، أمة كرومقاطعة بيغ هورن، مونتاناCTLالمرحلة الأولى: 8000 برميل يوميًا من السوائلنشط (لا توجد معلومات جديدة منذ عام 2011)
مشروع توليد الوقود والطاقة في ميديسن بووقود DKRW المتقدممقاطعة كاربون، وايومنغCTL3 ملايين طن متري سنوياً من الفحم مقابل 11700 برميل يومياً من البنزينمؤجل/ملغى
NABFG Weirton CTLمجموعة الوقود الحيوي لأمريكا الشماليةويرتون، ولاية فرجينيا الغربيةCTLغير محددمؤجل/ملغى
منشأة رينتك للطاقة في الغرب الأوسطشركة رينتك للطاقة في الغرب الأوسط (REMC)إيست دوبوك، إلينويCTL1250 برميل ديزل يوميًامؤجل/ملغى
اتفاقية التطوير المشترك بين رينتك وبيبودي (JDA)فحم رينتك/بيبوديكنتاكيCTL10000 و 30000 عملية في اليوممؤجل/ملغى
رينتك/بيبودي مينماوثفحم رينتك/بيبوديمونتاناCTL10000 و 30000 عملية في اليوممؤجل/ملغى
تأمين الطاقة CTL (المعروف أيضًا باسم MidAmericaC2Lميد أمريكا سي تو إل / سيمنزمقاطعة ماكراكين، كنتاكيCTL10200 برميل من البنزين يومياًنشط (لا توجد معلومات جديدة منذ عام 2011)
مشروع تيونيك لتحويل الفحم إلى سوائل (مشروع ألاسكا أكسيلرجي لتحويل الفحم إلى سوائل سابقاً)شركة أكسيلرجي، شركة تيونيك الأصلية (TNC)خليج كوك، ألاسكاCBTLكمية غير محددة من الفحم/الكتلة الحيوية لإنتاج 60,000 برميل يوميًا من وقود الطائرات/البنزين/الديزل و200-400 ميغاواط من الكهرباءتخطيط
شركة يو إس فيول سي تي إلشركة يو إس فيولمقاطعة بيري/مقاطعة مولينبيرغ، كنتاكيCTLتحويل 300 طن من الفحم إلى 525 برميلاً من الوقود السائل يومياً، بما في ذلك الديزل ووقود الطائرات.نشيط

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تاكاو كانيكو، فرانك ديربيشاير، إييتشيرو ماكينو، ديفيد غراي، ماساكي تامورا، كيجيان لي (2012). "تسييل الفحم". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. doi : 10.1002/14356007.a07_197.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.{{cite encyclopedia}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  2. 1 2 3 هوك، ميكائيل؛ أليكليت، كيل (2010). "مراجعة حول تحويل الفحم إلى وقود سائل واستهلاكه للفحم" . المجلة الدولية لبحوث الطاقة . 34 (10): 848-864 . Bibcode : 2010IJER...34..848H . doi : 10.1002/er.1596 . S2CID 52037679 . 
  3. ↑ ديفيس، بي إتش؛ أوتشيلي، إم إل (2006). تخليق فيشر-تروبش . إلسيفير. ISBN 978-0-08-046675-0.
  4. 1 2 غريب، أن (2000). ليش، جون إي (محرر). صناعة الوقود الاصطناعي في ألمانيا، 1927-1945 . دوردريخت: سبرينغر. ص 147 – 216. دوى : 10.1007 / 978-94-015-9377-9 . رقم ISBN  978-94-015-9377-9.
  5. ↑ ساسول. "محطات تاريخية" . نبذة عن شركة ساسول . ساسول . تاريخ الاسترجاع: 5 أكتوبر 2017 .
  6. ↑ سبالدينغ-فيشر، ر.؛ ويليامز، أ.؛ فان هورن، س. (2000). "الطاقة والبيئة في جنوب أفريقيا: رسم مسار نحو الاستدامة". الطاقة من أجل التنمية المستدامة . 4 (4): 8-17 . Bibcode : 2000ESusD...4....8S . doi : 10.1016/S0973-0826(08)60259-8 .
  7. 1 2 3 سبيت، جيمس ج. (2008). دليل الوقود الاصطناعي: الخصائص والعملية والأداء . ماكجرو هيل بروفيشنال . الصفحات 9-10 . ISBN  978-0-07-149023-8تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-06-03 .
  8. ↑ "عمليات التسييل غير المباشرة" . المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة. مؤرشف من الأصل في 25 مايو 2014. تم الاطلاع عليه في 24 يونيو 2014 .
  9. ↑ "عمليات التسييل المباشر" . المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة. مؤرشف من الأصل في 24 مايو 2014. تم الاطلاع عليه في 24 يونيو 2014 .
  10. 1 2 3 4 هوك، ميكائيل؛ فانتازيني، دين؛ أنجيلانتوني، أندريه؛ سنودن، سيمون (2013). "تسييل الهيدروكربونات: جدواه كاستراتيجية للتخفيف من ذروة إنتاج النفط" . المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ . 372 (2006) 20120319. رمز Bibcode : 2013RSPTA.37220319H . doi : 10.1098/rsta.2012.0319 . PMID 24298075. تاريخ الاسترجاع: 2009-06-03 . 
  11. 1 2 3 4 لي، سونغيو (1996). أنواع الوقود البديلة . مطبعة سي آر سي . الصفحات 166-198 . ISBN  978-1-56032-361-7تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-06-2009 .
  12. ↑ إكينجي، إي.؛ يارديم، واي.؛ رازفجوروفا، إم.؛ مينكوفا، في.؛ جورانوفا، إم.؛ بيتروف، إن.؛ بودينوفا، تي. (2002). "توصيف المنتجات السائلة الناتجة عن التحلل الحراري للفحم شبه البيتوميني". تكنولوجيا معالجة الوقود . 77-78 : 309-315 . Bibcode : 2002FuPrT..77..309E . doi : 10.1016/S0378-3820(02)00056-5 .
  13. ↑ سترانجيس، أنتوني ن . (1984). "فريدريش بيرجيوس ونشأة صناعة الوقود الاصطناعي الألمانية". مجلة إيزيس . 75 (4): 643-667 . doi : 10.1086/353647 . JSTOR 232411. S2CID 143962648 .  
  14. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ عملت محطة SRC-I التجريبية في فورت لويس، واشنطن، خلال سبعينيات القرن الماضي، لكنها لم تتمكن من التغلب على مشاكل نقص توازن المذيبات (إذ استلزم الأمر استيرادًا مستمرًا لمذيبات تحتوي على مركبات عطرية متعددة الحلقات). كان من المقرر بناء محطة تجريبية من طراز SRC-I في نيومان، كنتاكي، لكن المشروع أُلغي عام ١٩٨١. استنادًا إلى دراسة أجراها بيرجيوس عام ١٩١٣، لوحظ أن بعض المعادن في رماد الفحم تتمتع بنشاط تحفيزي طفيف، مما أدى إلى تصميم محطة تجريبية من طراز SRC-II ليتم بناؤها في مورغانتاون، فرجينيا الغربية. أُلغي هذا المشروع أيضًا عام ١٩٨١. بناءً على العمل المنجز حتى ذلك الحين، بدا من المستحسن فصل وظيفتي إذابة الفحم والهدرجة التحفيزية للحصول على إنتاجية أكبر من النفط الخام الاصطناعي ؛ وقد تحقق ذلك في محطة تجريبية صغيرة الحجم في ويلسونفيل، ألاباما، خلال الفترة ١٩٨١-١٩٨٥. كما تضمنت المحطة وحدة إزالة الرماد باستخدام المذيبات الحرجة لاستخلاص أقصى كمية من المنتج السائل القابل للاستخدام. في محطة تجارية، كان يتم تحويل التدفق السفلي لوحدة إزالة الرماد، الذي يحتوي على مواد كربونية غير متفاعلة، إلى غاز لتوفير الهيدروجين اللازم لتشغيل العملية. انتهى هذا البرنامج عام ١٩٨٥، وتم تفكيك المحطة. برنامج تكنولوجيا الفحم الأنظف (أكتوبر ١٩٩٩). "تقرير حالة التكنولوجيا ٠١٠: تسييل الفحم" (ملف PDF) . وزارة التجارة والصناعة . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ ٩ يونيو ٢٠٠٩. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٣ أكتوبر ٢٠١٠ .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  15. ↑ لوي، فيليب أ.؛ شرودر، ويلبورن س.؛ ليكاردي، أنتوني ل. (1976). "الاقتصاديات التقنية، والوقود الاصطناعي، وندوة طاقة الفحم، عملية تسييل الفحم التحفيزي في الطور الصلب". الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين : 35.{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  16. ↑ "مشروع شينخوا الصيني لتحويل الفحم إلى سوائل مربح" . تحالف الوقود الأمريكي. 8 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يونيو 2014 .
  17. ↑ روزنتال وآخرون، 1982. عملية تسييل الفحم لشركة شيفرون (CCLP). مجلة الوقود 61 (10): 1045-1050. [ تم حذف الرابط ]
  18. ↑ "محطة غريت بلينز للوقود الاصطناعي" . المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يونيو 2014 .
  19. ↑ "عمليات تحويل الكربون إلى مواد أخرى" (ملف PDF) . موقع "الكربون إلى مواد أخرى" العالمي . تاريخ الاطلاع: 27 نوفمبر 2020 .
  20. 1 2 3 "مركز موارد مجلس تقنيات التغويز، قاعدة بيانات التغويز العالمية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يونيو 2014 .
  21. ↑ تاركا، توماس جيه؛ ويمر، جون جي؛ بالاش، بيتر سي؛ سكون، تيموثي جيه؛ كيرن، كينيث سي؛ فارغاس، ماريا سي؛ موريل، برايان دي؛ وايت الثالث، تشارلز دبليو؛ غراي، ديفيد (2009). "ديزل منخفض الكربون بأسعار معقولة من الفحم والكتلة الحيوية المحلية" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية ، المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة : 21. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 20 فبراير 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مايو 2016 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  22. ↑ مانتريبراغادا، هـ.؛ روبين، إ. (2011). "التقييم التقني والاقتصادي لمحطات تحويل الفحم إلى سوائل (CTL) مع احتجاز الكربون وتخزينه". سياسة الطاقة . 39 (5): 2808-2816 . Bibcode : 2011EnPol..39.2808M . doi : 10.1016/j.enpol.2011.02.053 .
  23. ↑ "Pub.L. 110-140" (PDF) .
  24. ↑ تي، بارتيس، جيمس؛ لورانس، فان بيبر (2011-01-01). "الوقود البديل للتطبيقات العسكرية" .{{cite journal}}يتطلب Cite journal |journal=( مساعدة ) صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  25. ↑ "بحث وتطوير لخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري يؤدي إلى إنتاج وقود طائرات قائم على تحويل الفحم إلى سوائل (CTL) بتكلفة تنافسية، رقم الطلب: DE-FOA-0000981" . 31 يناير 2014. تم الاطلاع عليه في 30 يونيو 2014 .
  26. ↑ الصفحة الرئيسية لـ Carbon to X
  27. ↑ سيرج بيرينو تحويل الفحم إلى هيدروكربونات ذات قيمة أعلى: تسارع ملموس ، مجلة كورنرستون ، 11 أكتوبر 2013.
  28. ↑ "قاعدة بيانات محطات التغويز المقترحة في العالم (خارج الولايات المتحدة)" . المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة. يونيو 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2014 .
  29. ↑ "قاعدة بيانات محطات التغويز المقترحة في الولايات المتحدة" . المختبر الوطني لتكنولوجيا الطاقة. يونيو 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يونيو 2014 .