Меню Рубрики

Установки для получения жидкого топлив

slagunov › Блог › Бензин из угля — какие установки давали 20млн. литров бензина в год Гитлеру

В этой статье разберем первую установку фишера-тропша. Как третьему рейху практически получалось делать бензин из газогенераторного газа (или синтез газа) полученного из угля. Схема и принцип работы установки.

Вступление
Война пожирает ресурсы, а самый востребованный ресурс, фундамент экономики войны — нефть (бензин, дизель, авиационное топливо). Даже не смотря на то, что Гитлеру помогала наука и ежегодно рейх получал 20 миллионов литров топлива по технологии Фишера-Тропша из низкокачественного бурого угля империя все равно испытывала дефицит бензина, дизеля и авиационного топлива для своей многомиллионной армии. Именно по этой причини и произошла сталинградская битва. Рейху требовалась нефть Кавказа, но чтобы ее получить командование вермахта не могло позволить себе попасть в окружение которое неминуемо произошло бы оставь они за своей спиной Сталинград.
Давайте разберем как они этот бензин получали и подробно рассмотрим установки первого поколения которые сегодня усовершенствованы до 4 поколения и благополучно дают сотни миллионов литров бензина, дизеля и пр. углеводородов по всему миру.

Немного теории
Все знают как получают бензин из нефти — фактически ее «варят» в закрытых емкостях. Точно также сегодня можно получить грязную нефть если варить на костре старые покрышки в закрытых бочках (называют ретортами). Или обыкновенный бытовой мусор. Да, вы не ослышались если поместить мусор (любой бытовой мусор из мусорки) в закрытую бочку (закупорить герметично) и разжечь под ней костер можно получить жидкую, грязную нефть. Конечно же эта «нефть» будет грязной и чтобы ее перегнать в чистое топливо нужно множество блоков оборудования, очистки и в конце концов выход чистого топлива будет очень маленьким, а потратится при этом большое количество энергии как электрической так и тепловой (газ на поддержание процесса). Оборудование будет при этом громоздким и дорогим. Поэтому и ведутся в мире войны за качественную нефть из которой перегнать бензин и дизель стоит как можно меньше.

Первые кто пошли по пути катализа, а не «варки»
Франс Фишер и Ганс Тропш в 1920-х годах работавших над проблемой получения бензина пошли по другому пути — получать бензин и дизель не «варением» сырья, а катализом. Как в этом случае происходит процесс?
Сырьем для получения бензина служит твердое топливо — при этом оно может быть любым способным гореть (есть определенные ограничения по влажности и зольности топлива, а также по количеству углерода в его составе — об этом подробно в треугольнике Таннера).

Это твёрдое топливо сперва газифицируют на газогенераторах превращая в синтез газ, а потом этот синтез газ пропускают через измельченный катализатор сделанный из определенного железа и газ преварщается в бензин и дизель при этом очень чистый — чище чем на заправках.
Не путайте газогенератор с пиролизными котлами — это совершенно разные устройства. Газ который получается называют синтез газом или газогенераторным газом.
Суть газификации заключается в том, что 20% топлива просто горит, а в это время 80% топлива превращается в синтез газ за счет тепла горения первого. Кратко этот процесс работает так: мы берем дым от костра (горение топлива в газогенераторе происходит также как в обычном костре) и пропускаем назад через раскаленные угли и когда это происходит в закрытой емкости без подсоса воздуха извне — дым становится горючим газом. Вот так все просто (рассчитать аппарат по формулам правда не просто и потом этот газ очистить).

Сделав таким образом мы получаем из следующих топлив такое количество синтез газа:
Дрова — 2.2м3
Древесный уголь около 5м3
Бурый уголь около 3.5м3 (зависит от влажности и зольности угля)
Каменный уголь около 4.7м3
Мусор бытовой около 1.5м3
Торф 2.2м3
Фикалии около 2м3

Брать любое горючее топливо имеющее низкую цену или отходы за которые платят деньги чтобы их вывести и уничтожить такие как мусор или фекалии городских отстойников например и превращать в бензин и дизель много интереснее чем добывать из нефти — жечь которую как известно все равно что «жечь ассигнации» по словам Менделеева.

Борясь в своих лабораториях десятилетиями ученые нашли металлы способные на реакцию катализа — для превращения синтез газа в бензин подойдут только 4 металла, 2 из которых забраковали, а два эксплуатируют до сих пор — Железо и Кобальт (забраковали Никель и Рутений).

Головы ломали ученые и вот каким был первый аппарат получения жидких углеводородов.

Дело в том, что при превращении синтез газа в бензин (когда мы продуваем его через порошек катализатора или шарики с нанесенным на него порошком) выделяется энергия равная 30% энергии полученной если газ поджечь. Так каждый куб газа давал около 600 ккал/нм3 при превращении. Если оставить этот процесс без охлаждения температура достигала бы чуть ли не 1500 градусов цельсия. А температура должна была быть около 210 градусов цельсия чтобы процесс шел как надо. По этой причине в трубы подавался пар который снимал лишнее тепло. Сам Фишер опытным путем установил — на такой установке расстояние между пластинами должно было быть не больше 10мм, а сделал он 7мм. Пара надо было подавать 5кг на каждый полученный литр бензина (здесь все жидкие углеводороды полученные таким путем я называю бензином и дальше также). Трубы брали диаметром чуть меньше чем водопроводные в наших квартирах с толщиной стенки 4мм чтобы их не разорвало от давления которое могло достигать 30 атмосфер.

Вот как происходил процесс катализа на молекулярном уровне в этой установке (зеленые шарики это железо, правильнее железный катализатор, красные — кислород, белые водород, серые углерод):

В других статьях рассмотрим другие аспекты технологии.

Понравилась статья? Поддержи отечественную науку.

источник

Специалисты Урала и Кузбасса создали мини-заводы, производящие дешевую синтетическую нефть из углей

Разработчики успешно апробировали уникальную технологию прямого ожижения угля для производства синтетической углеводородной смеси — аналога нефти. Причем себестоимость получаемого топлива в разы дешевле «естественного». Применения мини-заводов практически безграничны — от сельского хозяйства до ЖКХ.

Как отмечают разработчики им удалось создать действующую технологию ожижения угля, подходящую для массового внедрения в первую очередь для малого и среднего бизнеса, так как ее внедрение не требует значительных затрат и быстро окупается.

Первая установка по производству синтетических жидких котельных топлив из углей по технологии электрокавитационной обработки водоугольных смесей уже изготовлена и отгружена заказчикам — стекольный завод в г. Нампо (КНДР). Ее мощность по конечному продукту 15 т в сутки. Параллельно уже разработано технико-экономическое обоснование на оборудование мини-завода по производству из угля дизельного топлива мощностью до 100 т в сутки для собственных технологических нужд объектов угледобычи ООО «Промугольсервис» (г. Новокузнецк). Начаты работы по разработке проекта по автономному отоплению, энергоснабжению и обеспечению ГСМ агрокомплекса в Алтайском крае.

Работы по внедрению разработки ведутся в кооперации:

— НП «Южно-Уральское техническое общество» (г. Миасс Челябинской области) отвечает за разработку технической документации, ведение договорных отношений, организация изготовления и поставки комплектующих.

— ООО «Квант» (г. Новокузнецк Кемеровской области) — отработку технологии, изготовление электроразрядной установки, сборку и заводские испытания комплекта, пусконаладочные работы.

— ООО «НПО СПб ЭК» (г. Санкт-Петербург) — является технологическим партнером, отвечает за продвижение, тиражирование разработки и активное внедрение ее на промышленных предприятиях страны, за рубежом.

Стоит отметить, что само производство жидкого моторного топлива из угля — в общем то дело не новое. В различных странах сейчас работает более 80 опытных установок ожижения угля. Однако в промышленном масштабе эти технологии в настоящее время не используются вследствие целого ряда причин.

Основные недостатки существующих технологий ожижения угля обусловлены невысокой производительностью процесса, протекающего при высоких давлениях и температурах, в присутствии катализаторов, необходимостью организации производства водорода и кислорода, выделения катализатора для повторного использования в процессе, — поясняет Игорь Якупов, заместитель директора «Южно-Уральское техническое общество» г. Миасс Челябинской области. — Масштаб рентабельного производства в этой области начинается с уровня примерно полумиллиона тонн жидких продуктов в год, порядка нескольких миллионов тонн в год по исходному углю.

В этом случае нужны колоссальные инвестиции, потребность в которых начинает свой отсчет от уровня порядка миллиарда долларов США при сроках окупаемости от 7-8 лет и выше. Совершенно очевидно, что такие проекты являются долгосрочным вложением капитала игроков мирового уровня.Именно поэтому ни в одной стране пока не было построено ни одного коммерческого производства синтетического жидкого топлива из угля. При этом, сама притягательность формулы «бензин из угля» не оставляет в покое многих производственников. Поэтому запросы на проработку технологии к специалистам по глубокой переработке угля поступают постоянно. Экономическая целесообразность производства жидкого топлива из углей определяется достаточными запасами угля в нашей стране и коммерческой эффективностью, сопоставимой с перегонкой нефти.

Главное отличие проекта от существующих способов переработки углей заключается как раз в значительном снижении удельных затрат, стоимости оборудования за счет исключения процессов, протекающих при высоких температурах и давлениях, исключении каталитических реакций. Технология гораздо дешевле и проще. Нет необходимости строить целые заводы с гигантским производственным циклом, нести огромные расходы.

— Наше оборудование достаточно компактное, оно позволяют дешевый бурый уголь путем обработки двухфазной водно-угольной среды с добавлением тяжелого нефтяного остатка (ТНО) в кавитационном поле, создаваемом импульсными высоковольтными разрядами. переработать в аналог нефти, а из нее выделить аналоги бензина, дизтоплива и мазута. Причем себестоимость синтетического горючего, по нашим расчетам, будет втрое меньше получаемого обычным путем, — отмечает Игорь Якупов.

Сырьём для производства является: уголь — 50%; тяжелые остатки нефтепереработки (ТНО) — 23%, вода — 27%.На переработку подается измельченный уголь — угольная пыль — в установке перемешивания он смешивается с водой и тяжелым нефтяном осадком (ТНО), далее смесь обрабатывается в гомогенизаторе роторного типа — кавитационно-гидроударном диспергаторе (КаГуД). После этого гомогенная коллоидная суспензия подаётся насосом на установку электрогидроударной импульсной обработки, с напряжением на разрядной ячейке до 60 000 В.

Читайте также:  Установка navitel навигатор explay

  • © Фото из открытых источников

На выходе получается нефтеподобный продукт плотностью 0,95-0,96 г/см3. Для получения товарной нефти, из нефтеподобного продукта отделяются вода и угольный остаток. Выделенная углеводородная фракция СУН плотностью 0,825 г/см3 разгоняется на товарные фракции с поочерёдным их отбором.

Сегодня после изготовления опытно-промышленного образца установки мощностью по переработке угля 15 т в сутки, разработчики приступили к проектированию и изготовлению установки глубокой переработке угля мощностью до 50 т в сутки. Это полуавтоматизированая технологическая линия модульной конструкции, последовательно осуществляющая измельчение подаваемого с угольного склада сырья, смешивание измельченного угля с водно-мазутной эмульсией с получением устойчивой водно-угольно-мазутной композиции, направляемой на обработку в проточном реакторе с получением жидкой углеводородной топливной композиции (аналога нефти) и ее переработку в товарные синтетические жидкие топлива.

  • © Фото из открытых источников

Разработчики объясняют, что особенно высокая отдача таких установок получается при малых объемах производства. Низкобюджетная мобильная установка вполне применима даже в условиях Крайнего Севера, куда горючее приходится везти за тысячи километров. Ее можно поставить вблизи мест добычи угля и прямо на месте вырабатывать дизтопливо и бензин. Такие установки возможно применять и для утилизации угольных шламов, отвалов — в плюсе будет и экология, и производство. Вообще, возможности применения подобных мини-заводов практически безграничны — это и сельское хозяйство, малая энергетика, ЖКХ.

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 программ для link 300

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.

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.

Читайте также:  Установка tempero eco 150 ceram

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