Меню Рубрики

Установка производства синтетических моторных топлив

Синтетический бензин: описание, характеристика, показатели, способы производства

Наука и прогресс позволяют создавать невиданные ранее вещи, о которых многие и помыслить не могли. Взять, к примеру, такую относительно новую разработку, как синтетический бензин. Многим известно, что это топливо получается путем перегонки из нефти. Но ведь его можно синтезировать еще из угля, дерева, природного газа. Производство синтетического бензина хотя и не может в полном объеме заменить обычный путь получения, но все же заслуживает того, чтобы изучить тему. Поэтому будет рассмотрена его история, а также способы получения.

Вводная информация

Сложно представить современную цивилизацию без моторного топлива – дизеля, керосина, бензина. На них работают автомобили, самолеты, ракеты, водный транспорт. Но количество нефти в недрах ограничено. Еще не так давно считалось, что человечество скоро неизбежно столкнется с нехваткой горючего. Но оказалось, что не все так печально. Разрабатываются новые технологии, позволяющие добывать трудноизвлекаемые запасы, появляются альтернативные варианты. Можно упомянуть и о зеленой энергетике, и повышении эффективности использования ресурсов (современные малолитражки спокойно обходятся 4-6 литрами горючего на сто километров, хотя еще в начале нашего тысячелетия требовали около 10). Да и высококачественное топливо, как оказалось, можно получать из различного не нефтяного сырья.

Как все начиналось?

Необходимо начать с событий, происходивших больше, чем 150 лет назад. Именно тогда началась промышленная добыча нефти. С тех пор человечество израсходовало больше половины так называемого легкого сырья. Первоначально нефть использовалась как источник тепловой энергии. В наше время такой подход экономически не выгоден. Когда наступила автомобильная эра, то продукты фракционирования нефти получили распространение в роли моторного топлива. При этом, чем больше истощались запасы сырья, тем рентабельней становилось искать альтернативу.

Что такое нефть? Это смесь углеводородов, а если говорить конкретнее – циклоалканов. Что они собой представляют? Самый простой алкан известен многим как газ метан. Кроме этого, в нефти есть еще азотистые и сернистые примеси. И если ее правильно обработать, то можно получить множество различных материалов. Например, взять хорошо известный бензин. Что он собой представляет? По сути, это легкокипящая фракция нефти, формирующаяся короткоцепочечными углеводородами с количеством атомов от пяти до девяти. Бензин является основным видом топлива для легковых автомобилей, а также небольших самолетов. Следующий выделенный тип – керосин. Он более вязок и тяжелый. Формируется из углеводородов, в которых присутствует от 10 до 16 атомов. Используется керосин в реактивных самолетах и двигателях. Еще более тяжелой фракцией является газойль. Он используется в дизельном топливе, которое являет собой его смесь с керосином.

Научные поиски альтернативы

Хотя основные фракции и получают из нефти, оказалось, что можно для этой цели использовать и другое углеродное сырье. Эта задача была решена химиками еще в 1926 году. Тогда ученые Фишер и Тропш открыли реакцию восстановления монооксида углерода в условиях атмосферного давления. Было выяснено, что в присутствии катализаторов из газовой смеси можно создавать жидкие и твердые углеводороды. По своему химическому составу они были близки к продуктам, получаемым из нефти. Результат химических изысканий получил название «синтез-газ». Получался он довольно легко. Настолько, что может быть повторен в домашних условиях любым человеком, который не прогуливал в школе химию и физику. Получали его благодаря пропусканию водного пара над углем (это его газификация) или путем конверсии обычного природного газа (он состоит, в основном, из метана). Во втором случае дополнительно еще использовались металлические катализаторы. Следует отметить, что синтез-газ можно создавать не только из метана и угля. Перспективным направлением сейчас считается работа над ферментативной и термохимической переработкой отходов растительного сырья. Не следует забывать также и о конверсии биогаза, то есть, летучих веществ, полученных благодаря разложению органических отходов.

Как развивалось применение?

Отличилась в этом плане нацистская Германия. Во время Второй мировой войны у нее были существенные проблемы в плане снабжения топливом. Поэтому были созданы целые комплексы, которые перерабатывали уголь в жидкое топливо. И синтетический бензин третьего рейха внес свой существенный вклад, довольно сильно отстрочив падение этого ужасного государства. Тогда использовался метод химического сжижения угля до тех пор, пока не получалось пиролизное топливо. К концу войны нацистской Германии удалось выйти на уровень в 100 тысяч баррелей синтетической нефти в день. В более привычных мерах это больше 130 тонн! Использование угля является целесообразным благодаря близкому химического составу. Так, в нем содержание водорода 8% тогда, как в нефти 15%. Если создать определенный температурный режим и насыщать уголь водородом в значительном объеме, то он перейдет в жидкое состояние. Этот процесс называет гидрогенизацией. К тому же, его можно ускорить и увеличить объемы, если использовать катализаторы: железо, олово, никель, молибден, алюминий и множество иных. Все это позволяет выделять различные фракции и использовать их для дальнейшей переработки.

Синтетический бензин в Германии производят и сейчас. После Второй мировой войны ее примеру последовала Южно-Африканская республика. Затем начали подключаться Китай, Австралия и США. Следует отметить, что и у нас есть потенциал для развития данной области.

О падении и взлете

В Советском Союзе еще до начала Второй мировой войны шли поиски возможной добычи бензина из бурого угля. Но, увы, получить результаты, пригодные для промышленного производства, не получилось. После окончаний конфликта цена на нефть упала, а вместе с ней отпала и потребность в синтетическом топливе. Теперь из-за уменьшения нефтяных запасов эта сфера переживает второе рождение. Производство синтетического бензина становится все более распространенным, часто встречает поддержку со стороны государства. К примеру, в США производители подобного топлива могут рассчитывать на государственные субсидии. Несмотря на все предпосылки, жидкое топливо производят в ограниченном масштабе. Дело в том, что расширение существующих мощностей ограничено высокой стоимость, которая значительно превышает то, что получается из обычного сырья. К примеру, синтетический бензин в Германии умеют делать из воды и углекислого газа, вот только за год он обойдется в новый автомобиль. И все из-за дороговизны установки. Главное направление работы – это поиск экономических технических решений. Например, открыт вопрос снижения давления для ожижения угля. Сейчас необходимо создавать 300-700 атмосфер, а поиск ведется для достижения значения в 100 и ниже. Также актуальны вопросы увеличения производительности генераторов, разработки новых катализаторов (более эффективных). Да, и не следует забывать о том, что качественного природного угля не так уж и много. Поэтому более перспективным считается его получение из газа. Какие здесь есть возможности?

Получение из природного газа

Этот особенно актуально в силу существующих транспортных проблем. Так, если перевозить природный газ, то траты на это будут составлять 30-50% от стоимости конечного продукта. Поэтому весьма актуальной является его переработка сразу же около место добычи в высококачественный бензин и дизельное топливо. Это выдвигает ряд требований к компактности установок. Если получать конечные продукты через стадию метанола, то такой процесс удобен благодаря тому, что происходит в одном реакторе. Но требуется много энергии, из-за чего синтетическое топливо получается дороже нефтяного в два раза. Альтернативу этому распространенному способу предложил Институт нефтехимического синтеза РАН. Он предполагает работу с другим промежуточным веществом – диметиловым эфиром. Работать таким образом не сложно, если увеличить долю окиси углерода в получаемом синтез-газе. Получение синтетического бензина в данном случае является дополнительно и довольно экологическим топливом. Особенно оно хорошо проявило себя при запуске холодных двигателей благодаря высокому цетановому числу. И для производства бензина этот вариант неплох. Так, можно сделать топливо с октановым числом 92. Синтетический бензин из природного газа при этом обладает меньшим количеством вредных примесей, нежели те, что можно найти в сделанном из нефти. Предложенная РАН установка предлагает схему работы, согласно которой, чем выше температура реакции, тем больше производительность.

А можно ли сделать это все своими руками?

Несмотря на то, что альтернативная энергетика считается относительно молодой наукой, повторить ее достижения в рамках одного домохозяйства – не проблема. Поэтому, да, создать синтетический бензин своими руками вполне возможно. Более того, учитывая специфику условий, в которых приходится существовать, есть возможность сделать ставку на древесину, уголь и биогаз. Кому из них отдать предпочтение в домашней обстановке – каждый решает сам.

Как наиболее простой, самым актуальным является вопрос того, как добыть своими руками синтетический бензин из древесины. Многие рассматривают ее исключительно как строительный материал или сырье для игрушек. Но стоит вспомнить хотя бы древесный спирт, и становится понятно, что потенциал существует. Как же получить синтез-газ в этом случае? Необходимо взять древесину (или ее отходы, что именно – не принципиально). В домашних условиях можно сделать устройство из трех частей, каждая из которых будет выполнять свою функцию. Первоначально необходимо обеспечить их сушку и нагревание до температуры в 250-300 градусов по Цельсию. Затем приходит черед пиролиза. Здесь температура должна вырасти до 700 градусов. И завершающий этап – газогенерация. На нем запускается паровой риформинг. Процесс протекает при температуре в 700-1000 градусов. В результате получается весьма чистый синтез-газ. Дополнительного вмешательства не требуется. Далее используем катализаторы, и синтетический бензин готов!

Делаем из угля

И еще один маленький момент, о котором не было упомянуто раньше, – при работе в домашних условиях установки, наверняка, будут получаться довольно большими. Поэтому размещать их в квартире не рекомендуется. А вот создать их в собственном доме или около него – дело вполне реальное.

Синтетический бензин может быть получен из угля в результате влияния пара. Его газификация – это самый простой и реализуемый способ для домашних условий. Итак, приступим. Первоначально для большей эффективности работы и увеличения скорости протекания процесса уголь необходимо измельчить. Затем осуществляется его насыщение водородом. Затем необходимо создать температуру в 400-500 градусов по Цельсию и давление в 50-300 кг/см 2 . И ждем момента перехода в жидкое состояние. Если не используется растворитель, то таким станет только 5-8% от всей массы угля. Затем приходит черед катализаторов. Для угля подходит: молибден, никель, кобальт, олово, алюминий, железо, а также их соединения. Для газификации можно использовать любой вид сырья. Бурый, каменный – все подойдет. Хотя его качество влияет на эффективность преобразования. Ранее приводилось обозначение количества углеродов и называлась цифра в 8%. Это не совсем верно. Зависимо от марки и качества, значение может колебаться от 4% до 8%. А для минимальной пригодности последующей обработки и выделения бензина необходимо добиться значения в 11% (лучше 15%). Первоначально, не факт, что все будет получаться. Особенно, если прогуливались уроки по физике и химии. Тем не менее синтетический бензин из угля можно успешно делать и использовать.

Читайте также:  Установка sys на компьютере

Работа с биогазом

Это довольно необычный и экстравагантный подход, тем не менее он работает. Прелесть его еще и в том, что он как топливо обладает более широким применением, нежели просто синтетический бензин. Правда, места занимает много. Так, к примеру, один кубический метр биогаза эквивалентен 0,6 литра бензина. Если использовать его не в сжатом состоянии, то даже взяв под завязку на грузовой автомобиль, не получиться проехать больше сотни-второй километров. Поэтому, как же синтезировать с него желаемый бензин? Это возможно благодаря тому, что он, по сути, является метаном с небольшими примесями. То есть практически то, что нужно. А вот синтез – это дело проблематичное. Ведь здесь что-то новое и одновременно простое не изобрели. То есть, приходится работать над созданием синтез-газа, а уже из него обеспечивать формирование бензина. Делается это (по наиболее распространенной схеме) через посредство метанола. Хотя можно работать и через диметиловый эфир. Если говорить о метаноле, то всегда необходимо помнить о том, что он чрезвычайно опасен. Усложняется ситуация тем, что он имеет запах спирта, а температуру кипения в 65 градусов по Цельсию. Вообще, работа с синтезом топлива – это не детская прогулка. Поэтому, не лишним будет подучить химию и физику, если этих знаний нет. Если вкратце – то синтетический бензин получается благодаря перегонке газа и конденсатору. Этот способ не быстр, но, если есть хорошая теоретическая подготовка – не сложен. Но без знаний работать не рекомендуется. Ведь чистый метанол – это самое высокооктановое топливо, поэтому опасное. Да и не «переварит» его двигатель обычной машины – не рассчитан на это.

Заключение

Вот и рассмотрено, как получить синтетическое топливо. Следует отметить, что это не игрушки, а огнеопасное занятие. Поэтому без должной теоретической подготовки заниматься таким делом не следует. Ведь это будет прямым нарушением правил безопасности. А они, следует помнить, всегда пишутся кровью.

источник

Синтетические жидкие топлива – новые возможности и перспективы

В статье представлены сведения о современном состоянии технологии получения синтетических жидких топлива процессом Фишера – Тропша. Рассмотрен процесс газификации как важнейший элемент технологии. Предложены новые идеи, касающиеся расширения сырьевой базы процесса, рассмотрены перспективы его развития.

Синтетические жидкие топлива, разработка процессов их получения и исследования в этой области имеют уже почти 100 –летнюю историю, если точкой отсчета принять исследования Сабатье и Сандеренса, а также Е.И.Орлова начала 20 века, впервые синтезировавших углеводороды (метан и этилен) из смеси СО и Н2. Основы промышленного производства углеводородов из синтез – газа были заложены исследованиями немецких химиков Ф. Фишера и Х. Тропша, сотрудников компании Ruhrchemie, в 20-х годах прошлого века.

За этот период интерес к процессам, позволяющим получать различные классы углеводородов (топлива, масла, смазки и др.) из различных видов углеродсодержащего сырья (преимущественно из угля) возникал спорадически и инициировался или необходимостью решать проблему энергообеспечения страны в рамках отсутствия ресурсов нефти (Германия 1933 -1945г.г., ЮАР 1955г. — до настоящего времени), или желанием снизить стоимость энергоресурсов, в первую очередь топлив, при повышении цен на нефть. Технологиям производства СЖТ присущи органические изъяны: повышенная экологическая опасность, сложность технологии и обусловленная ею повышенная инвестиционная затратность (стоимость углеперерабатывающего завода эквивалентной мощности минимум в два раза выше стоимости такого же нефтеперерабатывающего завода). Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды: 5-7 единиц на единицу полученного топлива.

Казалось бы, этих обстоятельств достаточно, чтобы интерес к этому направлению синтеза углеводородов принял сугубо теоретический характер. Однако СЖТ имеют эксклюзивные свойства, обеспечивающие их преимущества по сравнению с традиционными топливами нефтяного происхождения. Самым существенным отличием углеводородных продуктов синтеза Фишера — Тропша от нефтепродуктов является отсутствие в них серы, азотсодержащих, а в ряде случаев и ароматических соединений, что обуславливает их экологическую ценность. Синтетическая нефть — смесь углеводородов C5—C19 нормального и изостроения может быть использована и используется для переработки в моторные топлива, в качестве сырья для химической и нефтехимической промышленности или как товарный продукт.

Из табл. 1, в которой показаны типичные характеристики синтетической нефти, полученной с применением кобальтовых катализаторов в сопоставлении с минеральными нефтями[1], видно, что синтетическая нефть практически не содержит нежелательных по экологическим требованиям соединений серы и азота и превосходит нефти минерального происхождения по содержанию дизельных фракций.

Все фракции синтетической нефти востребованы как весьма ценные продукты: дизельная фракция является основным целевым продуктом процесса на кобальтовых катализаторах. Дизельное топливо получают и при первичном фракционировании продуктов синтеза и при гидрокрекинге и гидроизомеризации восков. Оно практически не содержит серы и ароматических углеводородов, имеет высокое цетановое число (70-80), низкую точку кипения 90 % топлива и низкую плотность.

Однако смазывающие свойства синтетического дизельного топлива ниже вследствие отсутствия ароматических соединений, а температура застывания выше, чем у минерального [2,3].

Синтетическое дизельное топливо имеет лучшую биоразлагаемость [4], но его чувствительность к кислороду воздуха снижает стабильность, что надо учитывать при хранении. Плотность синтетической дизельной фракции ниже, чем у стандартного дизельного топлива.

В составе выхлопных газов при использовании синтетического дизельного топлива содержится меньшее количество вредных для человека и окружающей среды компонентов: содержание углеводородов снижается с 0,35 до 0,20; СО — с 1,6 до 1,0; NOx — с 5,4 до 4,6; а пыли — с 0,12 до 0,10 г/(л.с.)·ч–1. Вследствие такого сочетания

достоинств и недостатков синтетическое дизельное топливо может использоваться для облагораживания прямогонных дизельных топлив. При этом снижаются затраты на обеспечение соответствия ужесточающимся экологическим характеристикам топлива.

Керосиновая фракция С10—С14) используется для получения реактивных топлив и поверхностно-активных соединений [5], Эту фракцию также получают и при первичном фракционировании, и процессами гидрокрекинга и гидроизомеризации восков с последующим фракционированием.

Воск (церезин), полученный синтезом Фишера — Тропша, — продукт высокого качества, находящий применение в фармакологической и парфюмерной промышленности, а также в производстве свечей, мастик, пластификаторов, вощеной бумаги, сплавов для точного литья [5,6]. От продуктов минерального происхождения синтетические воски отличает высокая чистота, низкая аллергенная активность и более высокая температура плавления. Также эти тяжелые парафины характеризуются низкими показателями розлива и летучести и являются лучшим базовым сырьем для производства смазок по сравнению с продуктами нефтепереработки [7].

Основа для производства масел, получаемая из воска гидрокрекингом и гидроизомеризацией, не требует последующих процессов очистки продуктов от соединений серы и ароматических углеводородов [2, 5]. Отсутствие в этих маслах примесей гетероатомов, низкое содержание ароматических соединений делают их менее коррозионно-активными.

В высокотемпературном синтезе Фишера — Тропша в присутствии железных катализаторов образуется 5— 6 мас.% кислородсодержащих соединений. При больших объемах производства выход этих продуктов может быть достаточным для получения индивидуальных веществ.

Средняя молекулярная масса смеси жидких и твердых углеводородов определяется используемым катализатором и условиями синтеза. В низкотемпературном процессе содержание углеводородов с температурой кипения выше 370°С (восков) может достигать

40 % и более, а в высокотемпературном преобладают углеводороды бензиновой фракции, причем содержание олефинов в них достигает 70 %. Содержание ароматических углеводородов в нафте (бензиновой фракции), полученной высокотемпературным синтезом, удовлетворяет современным требованиям к автомобильному бензину. Но содержание олефинов велико, а октановое число низко для современных автомобильных двигателей, поэтому такой бензин нуждается в дополнительной модификации.

Важнейшим фактором процессов получения СЖТ является вид используемого сырья. Принято следующее разделение процессов по этому фактору:

GTL (Gas to liquids) — сырьем является газ (природный, попутный нефтедобычи, сланцевый и т.д.);

CTL (Coal to liquids) — уголь и другие твердые горючие ископаемые;

BTL (Biomass to liquids) — биомасса.

Уголь является основным видом сырья процессов газификации. В настоящее время в мире суммарная мощность производств угля в жидкие топлива составляет 15 ГВтт. Самые крупные заводы по получению СЖТ расположены в ЮАР, они перерабатывают локально доступный недорогой уголь. В технологии используются разработанные компанией Sasol газификаторы с подвижным слоем, производящие синтез-газ, который подается в реакторы Фишера — Тропша. Следует отметить, что в 80-е годы прошлого века, когда строились эти заводы, требования экологической безопасности были не такими строгими, как сегодня.

В 1980-е годы демонстрационные установки CTL были построены во многих странах мира, особенно интенсивно эти работы велись в Японии и в США, а также в Германии и Великобритании. Однако большая часть этих работ была остановлена в 1990-х годах из-за относительно низкого уровня цен на нефть. В последние годы, с ростом цен на нефть, это направление было пересмотрено. В настоящее время строятся или планируются к строительству заводы по получению СЖТ и других углеводородных продуктов из угля в различных странах. Самая амбициозная программа была запущена в Китае: 2006 по 2030 гг. планируется вложить 130 млрд. долл. США на развитие таких проектов, а к 2020 г. довести долю производимых из угля продуктов до 10% от общего потребления дизельного топлива, бензина, СПГ и олефинов[8 — 10]. Программа включает:

  • завод Shenhua DCL с производительностью 6 тыс. т угля в день (эксплуатационные испытания завершены в 2008 году). Основные продукты завода (тыс т/год): дизельное топливо − 591,9; бензин − 174,5; пропан-бутановая фракция − 70,5; жидкий аммиак − 8,3. Стоимость моторных топлив составляет $25/бар при цене угля $22/т (данные 2010 г.).
Читайте также:  Установка вала в центрах с поводковым патроном

Основные показатели процесса: температура 430−465 0С; рабочее давление 15−19 МПа;

количество катализатора: Fe/сухой уголь = 0,5−1,0 вес. %. В качестве катализатора

используется наноразмерный оксид-гидроксид FeOOH, технология его производства разработана в Coal Science Academy Beijing Coal Chemistry Branch. Капитальные вложения в строительство завода составили $1,5 млрд.

  • завод Yitai ICL, производящий 160 000 т / год СЖТ (эксплуатационные испытания завершены в апреле 2009 года).

Рисунок 1. Завод Yitai ICL .

    В 2006 году Shanxi Lu’an Mining Industry (Group) Co Ltd, одна из пяти крупнейших угольных компаний КНР, в провинции Шаньси в центральном Китае начала проектирование и строительство проекта по сжижению угля с начальной годовой мощностью 160 тыс. тонн (

3200 баррелей в сутки). Этот проект получил поддержку Министерства науки правительства КНР и был включен в Национальную программу высоких технологий с предоставлением гранта в 20 миллионов юаней (Upstreamonline, 2008).

Демонстрационный завод ( рис.2) расположен в Чанчжи. Технология ICL, предоставленная Synfuels China, включает в себя газификацию угля в стационарном слое, связанную с двумя линиями синтеза FT на основе кобальтовых и железных катализаторы соответственно. Кроме того, есть системы для уменьшения выбросов CO2, утилизации метана, утилизация сточных вод и золы, утилизации отходов.

Завод расположен в эколого-индустриальном парке, идея функционирования которого заключается в создании замкнутого цикла переработки материалов и энергии с интеграцией угольной шахты и обогатительная фабрика, работающей на электроэнергии, получаемой из продуктов переработки угля.

Рисунок 2. Демонстрационный завод Шаньси Луань (Synfuels China, 2010b)

Планируется, что через 10 лет мощность заводов СЖТ в Китае будет доведена до 1,2 млн бар/сут. Примерно к 2020 г. планируется построить также не менее 7 заводов по технологиям ICL(непрямое ожижение угля) суммарной производительностью по СЖТ в несколько раз больше, чем по процессам DCL (прямое ожижение угля).

Synfuels China — ключевая компания КНР, цель которой — создать инвестиционные проекты для переработки угля с получением химических веществ. Образована в 2006 году с выделением группы компаний, занимающихся добычей угля и нефти, из Института

Химия угля (ICC) в Академии наук Китая . Эта группа имеет долгую историю

(1980-2005) НИОКР, включая испытания пилотного масштаба на основе синтеза Фишера-Тропша (ФТ).Выделение включало перевод персонала ICC, испытательных центров и прав интеллектуальной собственности в новые компания, с различными промышленными спонсорами, покупающими акции. Общая капитализация составили один млрд. юаней.

Основные акционеры: Yitai Group 40.00%, Synfuels Staff 32.20%, ICC-CAS 12.94%, Lu’an Group 8.00%, Xuzhou Mining 4.00%, Shenhua Group 2.00%, Linksun 0.86%

Основная компания и центр исследований и разработок находятся в Тайюане, провинция Шаньси. Дочерние компании, Synfuels China Engineering Ltd — в Пекине, Synfuels China Catalysts Ltd — в Аньхое (провинция Внутренняя Монголия).

Synfuels China создала и владеет тремя технологиями FT. Synfuels China также разрабатывает усовершенствованный процесс синтеза FT, который основан на частичном гидрировании суспензии сырья в мягких условиях.

Согласно проведенным расчетам (2007 г., Китай) стоимость барреля СЖТ может достигать $61 и $73 для производства DCL и ICL, соответственно) при цене угля $50/т. Из опубликованных данных следует также, что цена угля в стоимости СЖТ может составлять 25−45 % в зависимости от цены угля, типа процесса и т. д. При этом учитывается, что уголь используется и как сырье, и как источник энергии для всех потребностей завода (выработка электроэнергии, пара и др.).

Поскольку интерес к развитию возобновляемых источников энергии продолжает расти во всем мире, согласованность возможностей и стимулов Китая по инвестированию в сектор зеленой энергии может привести к ведущей роли этой страны в мире в этом направлении. Энергетическая политика Китая ищет консенсус между обеспечением нефтяной безопасности и превращением в зеленого гегемона. То, как будут расставлены приоритеты этой энергетической политике, будет иметь далеко идущие экономические, экологические и политические последствия на десятилетия вперед [11].

В различных странах реализуются крупные проекты по строительству заводов для производства синтетических топлив из природного газа[2,4-6,13-15]. Так, компания Shell совместно с компанией Qatar Petroleum строят в Катаре завод производительностью 140 000 баррелей синтетических топлив вдень. Первая очередь этого завода производительностью70 000 баррелей в день вступила в строй в 2009 г. Инвестиции компании Shell составили 5 млрд долл. В этом проекте участвуют английская компания Kellogg Brown and Root и японские компании JGC и Toyota. Компания Qatar Petroleum совместно с компанией Sasol International (ЮАР) в 2005 г. ввели в действие завод производительностью 240 000 баррелей жидкихтоплив в день.

Лидерами направления являются компании Shell, Sasol, Chevron, Syntroleum, Exxon Mobil, BP, Statoil, Rentech, ConocoPhillips и другие. Наиболее активно исследовательские и проектно-конструкторские работы (с финансированием в десятки млн USD) ведутся в Китае, Японии, США, Индии, Германии. В настоящее время действуют заводы CTL в ЮАР, США, Китае. Планируется строительство заводов в Китае, Индии, Индонезии, Малайзии, Австралии, США, Монголии. Алжире, Нигерии, Узбекистане, Австралии, Венесуэле, Тринидад и Тобаго, Канаде.

В настоящий момент развитие технологий получения синтетических жидких топлив из различных видов сырья вошло в стадию массовой реализации коммерческих проектов. Компания Sasol, например, сейчас производит около 5 млн т СЖТ в год. Мощность ранее построенных заводов в Южной Африке, Малайзии и Катаре оценивается по разным данным от 14 000 до 36 000 баррелей в день.

В США рынок сжижения угля полностью зависит от политики по снижению выбросов CO2. Поэтому большой завод CTL, предназначенный для обеспечения топливом (СЖТ) армии США, который должен был быть введен в эксплуатацию к 2011 году, был недавно отменен по соображениям безопасности окружающей среды (The Guardian, 2009). Возможно, альтернативой станет проект получения СЖТ из сланцевых газов.

Очевидно, что с накоплением опыта реализации крупных промышленных проектов темпы наращивания мощностей увеличатся. По мнению экспертов, прослеживается тенденция к удвоению объемов производства СЖТ в мире в период с 2010 по 2020 гг. При этом рентабельность процессов сильно зависит от природы исходного сырья: в случае использования бурого угля расчетная рентабельность изменяется в пределах от 740 до 3260 %. В случае нефтешламов рентабельность составит 662 %, в случае древесных отходов (опилок, щепы) рентабельность оценивается в 1718 %, а в случае ТБО, соответственно, в 1112 %. Рентабельность переработки битуминозного песка и торфа с 30%-й влажностью в жидкие топлива изменяется в пределах от 345 до 2325 % [16 ].

Компания Shell поставляет дизельную фракцию завода СЖТ в Малайзии как улучшающую добавку к традиционному дизтопливу.

Такое дизельное топливо уже продается в ЮАР, Таиланде, Греции, Германии и других странах под названием V-power diesel и имеет в своем составе 5% синтетической составляющей.

В настоящее время нефть и природный газ являются наиболее востребованными энергохимическими ресурсами, однако очевидно, что при росте мировых цен на нефть значение процессов, позволяющих производить СЖТ из альтернативных видов углеводородного сырья, будет возрастать.

В современной нефтеперерабатывающей промышленности просматриваются следующие основные тенденции: сокращение запасов легких нефтей, увеличение доли добычи и переработки тяжелых сернистых и высокосернистых нефтей, постоянный рост стоимости сырой нефти и нефтепродуктов, а также ужесточение требований природоохранного законодательства к качеству нефтепродуктов. Все это определяет необходимость перестройки и модернизации отрасли.

Известно, что 20—30 % российской нефти – это тяжелая нефть; после ее первичной переработки образуются мазут и гудрон, технологии конверсии которых в высококвалифицированные продукты, востребованные как на внутреннем, так и на внешнем рынке, на отечественных заводах практически отсутствуют. В результате ежегодно в России генерируется до 90 млн. тонн нефтяных остатков . Диссонанс между ухудшением качества сырья и увеличением спроса на топлива высокого качества, ужесточением экологических требований к ним, а также увеличивающийся спрос на сырьевые ресурсы для бурно развивающейся нефтепереработки, диктуют необходимость изменения технологий и, соответственно, конфигураций НПЗ. Технологические установки типичного современного НПЗ не позволяют получать топлива с пониженной экологической опасностью – так называемые синтетические жидкие топлива (СЖТ), содержащие менее 1 ppm серы и не содержащие ни смол, ни ароматических соединений.

Одним из перспективных путей повышения глубины переработки нефти с целью увеличения выработки моторных топлив является вовлечение в переработку нефтяных остатков.

До недавнего времени термические процессы (термический крекинг, висбрекинг, замедленное коксование и флюидкокинг) считались ведущими в конверсии нефтяных остатков благодаря относительно невысоким затратам и умеренному расходу водорода. Однако по мере роста цен на сырую нефть, получение от 20 до 35 мас.% кокса из гудрона становится невыгодным. Кроме того, на многих НПЗ, рассматривающих возможность включения этих процессов в схему завода, часто не оказывается достаточных мощностей вторичной переработки (гидроочистка, каталитический крекинг, гидрокрекинг и т.д.) тяжелых газойлей с этих установок.

Недостатки термических процессов производства битумов и кокса, кроме низкой глубины конверсии, заключаются в получении нестабильных малоценных побочных продуктов (асфальта, газойлей, низкокалорийного газа и бензина), требующих последующей экстенсивной переработки и доведения их до необходимого качества товарной продукции.

Решением проблемы, как это следует из анализа имеющихся данных, является включение в схемы нефтеперерабатывающих заводов интегрированных блоков газификации вместе с блоками процесса Фишера -Тропша. За рубежом уже в настоящее время существуют такие комплексы, и опыт их эксплуатации убедительно демонстрирует их преимущества[17 -20]. В ближайшие 20 лет, согласно прогнозам, большинство нефтеперерабатывающих заводов будут дооборудованы блоками газификации и Фишера – Тропша.

Читайте также:  Установка головного устройства в короллу

Газификация является одним из самых экологически чистых и гибких способов переработки нефтяных остатков, таких как мазут первичной нефтепереработки, смолы, отходы деасфальтизации, отходы нефтедобычи, крекинг — остатки, тяжелый газойль, обеспечивающих получение ценных продуктов — электроэнергии, водорода, синтетических топлив, сырья для нефтехимии.

Газификация нефтяных остатков – это перспективный способ получения синтез-газа, используемого для производства СЖТ, аммиака, метанола и оксоспиртов. Типичными представителями таких технологий являются SGP (Shell Gasification Process) и GE (Texaco Gasification Process) [7].

Самые тяжелые остаточные углеводородные фракции с высоким содержанием серы и металлов могут быть превращены в чистый синтез-газ и ценные оксиды металлов. Образующиеся при этом соединения серы могут быть выделены обычными способами и трансформированы в элементарную серу или серную кислоту.

Газификация нефтяных остатков весьма энергоэффективна, поэтому НПЗ с блоками газификации могут увеличивать глубину переработки нефти до 97% — 99%, генерировать водород без использования природного газа, уменьшить отходы, повысить эффективность и увеличить выпуск продукции.

Удачным примером реализации технологии получения СЖТ из биомассы с использованием процесса Фишера – Тропша является демонстрационная установка мощностью 8 МВт (Гюссинг, Австрия). Процесс газификации биомассы осуществляется в псевдоожиженном слое [ 21 ].

Имеется опыт газификации смесей нефтяного кокса и биомассы [22].

В настоящее время в мире насчитывается более 272 действующих газификационных установок с 686 газификаторами [ 23].Около 25% аммиака в мире и более 30% метанола в мире в настоящее время производится процессами газификации.

Хотя доли биомассы и отходов нефтепереработки и ТБО в общем сырьевом балансе процессов газификации в настоящее время очень малы, ожидается, что в будущем эти категории сырья будет расти.

С экологической точки зрения, процесс получения СЖТ из угля является более сложным и вредным процессом, чем GTL и BTL технологии. Cопоставление объемов капитальных затрат на реализацию этих процессов дает следующие результаты: если затраты на GTL =1, то для CTL коэффициент будет равен 1,5 и выше, а для BTL больше 2,6.

В России, по данным Министерства сельского хозяйства[24], в АПК ежегодно генерируется более 770 млн т биомассы в виде отходов. Очевидно, что решением проблемы отходов АПК является разработка новых технологических процессов производства из них продукции технического назначения. Комплексная переработка сельскохозяйственного сырья, наиболее полное извлечение из него ценных компонентов, рециклинг отходов – это резерв увеличения выработки продукции, повышения эффективности производственной сферы и сохранения экологического природного равновесия.

Одним из направлений использования растительного сырья, интенсивно развивающимся в последние годы, является получение из него биодизеля. Недостатком этого направления является необходимость утилизации побочных продуктов и высокая стоимость получаемого топлива: стоимость производства биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья вдвое выше стоимости его производства из зерна. Это обстоятельство ограничивает перспективы внедрения технологии.

Новым этапом в длинной истории СЖТ может стать разработка и создание технологий совместной переработки нефтяных остатков и альтернативных видов природного сырья, самым крупнотоннажным из которых является биомасса и, в частности, отходы агропромышленного комплекса. Так, согласно исследованию Национальной лабораторией энергетических технологий США NETL, совместная газификация 30% биомассы непищевого происхождения с углем для производства дизельного топлива существенно снижает выбросы в окружающую среду при использовании такого топлива. Переработка смесей отходов нефтепереработки и отходов АПК представляется перспективным направлением глобальной трансформации сырьевой энергетической базы и создания пула возобновляемых – по существу- неисчерпаемых — источников топлива и энергии. Объединение процессов переработки нефти, нефтяных отходов и отходов АПК в едином цикле позволит снизить капиталоемкость производства при его реализации в промышленности, а также снизить энергозатраты на переработку ТНО и отходов АПК. Результаты исследований в этом направлении могут быть использованы при разработке схем российских НПЗ будущего.

Обеспечить синергический эффект могут топливно – оргхим — энергетические комплексы — агломерации. Термин «кластер» для таких структур, очевидно, не вполне пригоден, т.к. относится к однородным элементам, а в состав таких комплексов будут входить производства, которые нельзя назвать технологически однородными: блоки подготовки сырья (смесей нефтяных остатков, углей, углеотходов, биомассы, ТБО в различных сочетаниях) к переработке, блоки переработки сырья, блоки получения товарной продукции (СЖТ, метанола, спиртов, олефинов, ароматики и других углеводородных продуктов, а также тепловой и электроэнергии).

В наших работах [25,26]показана принципиальная возможность переработки смесей отходов агрокомплекса и ТНО с получением синтез – газа, характеристики которого (табл.2) обеспечивают возможность использования в процессе Фишера – Тропша и получения синтетической нефти. Интересно отметить, что в этих работах был выявлен эффект синергии при переработке смесей углеводородного сырья минерального и растительного происхождения.

Таблица 2. Компонентный состав синтез –газа, образующегося при газификации суспензий, состоящей из гудрона и растительной биомассы

Условия газификации во всех опытах были следующие:

коэффициент избытка воздуха 0,3 -0,4.

Предлагаемое направление – переработка в едином технологическом цикле основных крупнотоннажных видов неквалифицированных вторичных ресурсов – тяжелых нефтяных остатков нефтепереработки, растительных отходов агропромышленного комплекса, ТБО и других видов низкокалорийного углеводородного сырья включающая газификацию сырья и конверсию получаемого синтез – газа в ценные продукты – соответствует приоритетным направлениям государственной программы по переходу к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышению эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формированию новых источников, способов транспортировки и хранения энергии «Энергетическая стратегия России до 2020 года».

Использование предлагаемой технологии в России может стать решением проблемы топливно-энергетического обеспечения удаленных регионов Арктического побережья и Крайнего Севера, развития регионов Сибири и Дальнего Востока. Можно предполагать и другие положительные моменты: увеличение доли ценных продуктов и, соответственно, ее добавленной стоимости, улучшение экологической ситуации в стране как следствие внедрения СЖТ, освоение новых сегментов рынка и увеличение поступлений в бюджет.

1. В. З. Мордкович, Л.В. Синева, Е.В. Кульчаковская, Е.Ю. Асалиева. Четыре поколения технологии жидкого топлива на основе синтеза Фишера – Тропша.// Катализ в промышленности, 5 (15), 2015, с.23-45.

2. Gasification for Synthetic Fuel Production.1st Edition. Published Date: 30th September 2014, 348р.

3. Каган Д.Н., Шпильрайн Э.Э., Лапидус А.Л. // Газохимия. Июнь—июль 2008. С. 50.

4. Хасин А.А. Обзор известных технологий получения синтетических жидких углеводородов по методу Фишера-Тропша // Газохимия. 2008. № 4. C. 28—36.

5. Fischer—Tropsch Technology. Studies in Surface Science and Catalysis. Ed. By Dry M., Steynberg A. Amsterdam: Elsevier, 2004. 700 p.

6.Olga Glebova. Gas to Liquids: Historical Development and Future Prospects // Oxford Institute for Energy Studies NG 80 November 2013. 47р.

7.Елисеев О.Л. Технологии «газ в жидкость» // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева. 2008. Т. LII. № 6. C. 53—62.

8. Dr Andrew J Minchener Coal-to-oil, gas and chemicals in China // IEA CLEAN COAL CENTRE, February 2011, 49р.

9. Jian Xu, Yong Yang ⇑, Yong-Wang Li. Recent development in converting coal to clean fuels in China // Fuel 152 (2015) 122–130.

10. Air Products to acquire Shell’s coal gasification technology business and patent portfolio for liquids (residue) gasification; coal-to-fuels in China // Posted on 11 January 2018 in China, Coal, Coal-to-Liquids (CTL), Fuels, Gasification.

11. N. N. Auerbach, Minxin Pei. Coal-to-Liquid Technology: A Look at the Geopolitical Tension Behind China’s Energy Strategy Graduation Year// Open Access Senior Thesis Bachelor of Arts Department Politics and International Relations 2018.

12. Liquid Fuels Production from Coal & Gas// IEA ETSAP — Technology Brief P06 — May 2010 — www.etsap.org.

13. В.С. Охатрина. Международный опыт производства синтетических жидких топлив по технологии GTL и перспективы его развития // Проблемы современной экономики 2012 №4 С.114-116.

14. И. И. Миргаязов, А. И. Абдуллин. Индустрия GTL: Состояние и перспективы.// Вестник Казанского технологического университета 2014, С. 253 -257.

15. П.Е. Матковский, И.В. Седов, В.И. Савченко, Р.С. Яруллин Технологии получения и переработки синтез-газа// Газохимия 2011, С.77-84.

16. Assessing a Coal-to-Liquids Fuel Industry in the United States// RESEARCH BRIEF https://www.rand.org/pubs/research_briefs/RB9342/index1.html. Copyright © 2008 RAND Corporation.

17. Р.Хендерсон, Р. М. Родвел, А. Харджи Модификация НПЗ для переработки нетрадиционных тяжелых нефтей // Нефте-газовые технологии. – 2006. – № 1. – С. 67–73.

18. Yuming Zhang , Lei Huang, Xiaoying Xi, Wangliang Li, Guogang Sun, Shiqiu Gao, and Shu Zhang Deep Conversion of Venezuela Heavy Oil via Integrated Cracking and Coke Gasification–Combustion Process // Publication Date (Web): August 11, 2017 Copyright © 2017 American Chemical Society.

19. Sreedharan, V. CFD Analysis of Coal and Heavy Oil Gasification for Syngas Production. //Aalborg Universitet (2012).

20. Zuideveld, P. J. Wolff New methods upgrade refinery residuals into lighter products // Hydrocarbon Processing. – 2006. Vol. 85, № 2. – P. 73–79.

21. R. Rauch From gasification to synthetic fuels via Fischer-Tropsch synthesis // Bulletin of the Transilvania University of Brasov • Vol. 3 (52) – 2010 Series I: Engineering Sciences, Р.33-40.

22. Nemanova, V., Abedini, A., Liliedahl, T., Engvall, K. Co-gasification of petroleum coke and biomass (2014) Fuel, 117 (PART A), pp. 870-875.

24. Рециклинг отходов в АПК. Министерство сельского хозяйства РФ. Справочник 2011.

25. А. Ю. Крылова, Е. Г. Горлов, А. В. Шумовский, Ю. П. Ясьян, М. Ю. Нисковская Получение химических продуктов каталитическим превращением биомассы// Химия и технология топлив и масел №3 2018, С.3-6.

26. Е. Г. Горлов, А. В. Шумовский, Ю. П. Ясьян, Б. М. Аникушин, Н. А. Сваровская, М. Ю. Нисковская Исследование процесса газификации смесей нефтяного и растительного сырья // Химия и технология топлив и масел №5 2018, С.3-6.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector