ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ ТОПЛИВИЗ КАМЕННОГО УГЛЯ


Бурный рост мировых цен на энергоресурсы (нефть и природный газ), а также ограниченность разведанных запасов нефти при ежегодно возрастающих темпах потребления ставят перед экономиками многих стран задачупоиска
альтернативных видов моторных топлив, в том числе бензинаи дизельного топлива, получаемых на основе переработки каменного угля. Ежегодно на исследования и разработки в этой области тратятся десятки миллионов долларов США, в ряде стран эти исследования проводятся в рамках правительственных программ с целью обеспечения энергетической безопасности государств. Кроме того , повышение стоимости энергоносителей замедляет темпы развития экономики,              способствует наращиванию
инфляционных процессов, негативно сказывается на темпах прмышленного производства. Исходя из вышеизложенного для Украины, не имеющей достаточных запасов нефти и газа, актуальной задачей на ближайшее десятилетие является создание производств альтернативных видов синтетических моторных топлив, получаемых из каменного и бурого углей.
В 20-е годы прошлого столетия немецкие ученые Франц Фишер и Ганс Тропш разработали метод превращения смеси СО и Н2 (так называемый синтез- газ) в жидкие углеводороды (процесс Фишера -Тропша). Этот процесс и является основой GTL (Gas to liquids) технологий получения жидких углеводородов из природного газа. Однако синтез-газ может быть получен не только из природного газа, но и из сырья на основе бурого или каменного угля CTL (Coal to liquids)-технология. В данной работе будут рассматриваться вопросы получения синтетических жидких углеводородов (СЖУ), исходя из сырьевой базы - каменного угля. Первое промышленное применение технологии производства синтетического моторного топлива получили в Германии в 30-годы, когда фирмой «Лурги» была построена первая промышленная установка получения синтетического бензина из низкосортных бурых углей. До 1945 года на этой установке получили 4 млн. т моторного топлива.
В 50-е годы в связи с эмбарго на поставки нефти в ЮАР, в этой стране фирма «Лурги» вместе с воссозданной компанией «Sasol» строит довольно большое промышленное производство СЖУ на базе бурых углей ЮАР, в основе которого лежит процесс Фишера-Тропша, завод «Sasol-1». В последующие годы этот процесс получает дальнейшее развитие, и создаются в ЮАР еще два производства «Sasol-2» и «Sasol—3».
Следует отметить, что получаемое моторное топливо (бензины, дизель) в 60-70-е годы по стоимости на 20-30% превышало цену этих продуктов на основе нефти. Но при этом следует учесть, что цена нефти в то время составляла до 10 $/барр.
Одним из реальных преимуществ использования GTL-технологий в ряде стран (Австралия, Украина, Китай, ЮАР) является возможность использования огромных запасов угля, которыми богаты эти страны. В последние десятилетия сложилась устойчивая тенденция к закрытию шахт как по экологическим, так и по экономическим причинам. Использование каменного угля в качестве сырья для получения синтез-газа позволит стабилизировать экономику угольной отрасли. Подобные проекты могут заинтересовать международные кредитнофинансовые структуры, в том числе и Мировой Банк, который сейчас активно работает с проектами по реструктуризации угледобывающей отрасли. Еще одним из факторов в пользу использования GTL-технологий является повышение на мировом рынке экологических требований к моторным топливам (бензинам и дизельным топливам) по содержанию серы, ароматических углеводородов (в частности,бензола),олефинов. Особо жесткие требования вводятся по содержанию серы, поскольку она отравляет катализаторы, способствующие полному догоранию топлива и нейтрализующие вредные вещества в отработавших газах, особенно окислы азота.
Украина находится в первой десятке стран по запасам угля, наряду с Китаем, Россией, США, ЮАР. Ресурсы угля в Украине оцениваются в 117,5 млрд. тонн, из них промышленных на действующих шахтах 6,5 млрд. тонн. По оценке специалистов этих запасов угля хватит Украине при росте добычи до 120-130 млн. тонн в год на 400 лет. Каменного угля в Украине добывается ежегодно 70-75 млн. тонн. Для последующей переработки наиболее перспективным являются малометаморфизованные угли марок ДГ с содержанием углерода до 60 - 62%. В этом случае перспективными регионами строительства комплекса с использованием CTL-технологий может быть Луганская или Донецкая области.
Для каждого вида исходного сырья с целью получения СЖУ, перерабатываемых в моторные топлива на рынке представлено довольно много процессов, отличающихся аппаратурным оформлением, применяемыми катализаторами, составом и характеристиками конечной продукции. Наиболее распространенными на сегодняшний день есть GTL, CTL и другие модификации этих технологий. GTL-технологиями (лицензиями) для получения СЖУ из природного и синтез-газа на сегодняшний день владеет до десятка фирм. Из них наиболее известны компании: «Sasol», «Shell», «Exxon», «Syntroleum», «Rentech», а также «Conoco», «BP», «Statoil», «Texaco Chevron».
Процесс GTL может быть разделён на ещё 2 разновидности: получение СЖУ из синтез - газа через стадию Фишера - Тропша и получение СЖУ через стадию получения метанола и, затем, так называемый процесс MTG (Metanol to Gasoline) - превращение метанола в газолин. Есть информация, что второй вариант может быть менее капиталоёмким, но получаемые продукты имеют более широкий спектр, содержат ароматику и потребуется дополнительное разделение или обработка продуктов после секции MTG.
СЖУ, получаемые через процесс Фишера - Тропша, более целенаправлены (например, дизельное топливо) не содержат практически серы и ароматики, т.е. моторное топливо будет соответствовать стандарту Евро-4.
Проведенный анализ известных технологий получения синтез - газа для синтеза СЖУ, как с точки зрения техники, так и с точки зрения экономики показал:
-для строительства новых производств следует ориентироваться пока на традиционные методы получения синтез-газа, в частности паровую и пароуглекислотную конверсии (последняя по степени использования исходного углерода, оптимальному соотношению Н2 : СО и технико - экономическим показателям не намного уступает первой), так как нетрадиционные способы в настоящее время либо не показывают преимущества по              технико-              экономическим характеристикам, либо представляются перспективными, но требуют доработки и нового уровня освоения;
-плазмохимический способ получения синтез-газа представляется привлекательным как экологически чистый, легко управляемый, позволяющий регулировать состав синтез-газа. Он может стать конкурентоспособным, если удастся повысить давление процесса;
-весьма перспективно получение синтез - газа в реакторе, разработанном фирмой «Фаст Инжиниринг» (г. Москва). Особенность конструкции нового радиального реактора - теплообменника позволяет использовать его при больших перепадах давлений и температур. Наряду с процессом Фишера - Тропша в 70- 80 годы прошлого столетия начал широко разрабатываться процесс получения высокооктановых бензинов через стадию получения из синтез-газа метанола и последующего его превращения в СЖУ. Толчком для развития этого процесса стало освоение и реализация в этом каталитическом процессе новых кремниевых цеолитов серии ZSM. В результате проведенных исследований было показано, что метанол на цеолитах ZSM превращается при довольно мягких условиях в бензиновую фракцию С5-С10 - углеводородов с октановым числом gt; 90. В 1975 году фирмой «Mobil Oil Corp» была пущена первая технологическая установка такого процесса. Технология этой фирмы имеет лучшие экономические показатели общей переработки угля в компоненты моторного топлива по сравнению с процессом Фишера - Тропша, реализованным на Sasol. В 80-90 годы появилось множество патентов и работ, связанных с усовершенствованием процесса получения СЖУ через метанол.
При получении СЖУ из угля широко известны два технологических процесса CTL и CTG, отличительной особенностью которых является первая стадия, на которой синтез - газ получается путём газификации угля. Процессы газификации угля известны давно и лицензии на их применение имеет ряд фирм; наиболее отработанные процессы у фирмы «Лурги», которая построила «Sasol». Компания «Sasol» на протяжении ряда лет постоянно совершенствовала технологию, внося в неё новые идеи (за 50 лет произвела 112 млн. тонн моторного топлива из угля). По мнению ряда экспертов, в настоящее время она обладает одной из лучших технологий газификации. Газификация, или частичное окисление - это некаталитический процесс, комбинация экзотермической и эндотермической реакций, термического крекинга, парового риформинга, позволяет получать газ, содержащий в основном СO и Н2. Сырой синтез - газ содержит небольшие количества С02, Н^ такие примеси как СН4, NH3,C0S,HCN, N2, Аг и золу. Количество их определяется составом сырья, окислителем и фактической температурой газификации, которая по данным ряда фирм составляет 1300 -14000 С. Рабочее давление может варьироваться от атмосферного до 65 бар и может быть легко установлено в зависимости от желаемого состава синтез - газа. Вторая и последующие стадии получения СЖУ в процессах CTL и CTG аналогичны тем, которые применяются и в GTL-технологиях. Конечные стадии процесса, состав продуктов, определяется Заказчиком и в зависимости от этого, а также технико - экономических показателей строится конфигурация всего процесса получения СЖУ. Прогнозируется, что в ближайшие 15-20 лет в мире будет построено около 10 заводов GTL, суммарной мощностью 50-100 млн. т/год СЖУ, инвестиции в новую отрасль составят 15-20 млрд. долл. США.
Проведенные технико-экономические расчеты проекта создания в Украине производства моторных топлив из каменного угля, достаточно предварительны, оптимистичны и базируются, в основном, на данных иностранных и отечественных фирм для различных процессов. Так, при удельных затратах угля (концентрат ДГ) -1,5 т/ 1 т СЖУ, себестоимость дизельного топлива составит 2000-2200 грн / т.
Выводы Использование в качестве сырья для моторных топлив в Украине каменного угля перспективно, т.к. его запасы оцениваются в 117млрд. тонн. Наиболее перспективными в плане внедрения в Украине являются технологии газификации угля по способам «Лурги» или «Техасо». Научно-технический, проектный и промышленный потенциал Украины позволяет ожидать в перспективе создания высокоэффективных отечественных технологий химической и плазмохимической переработки угля, что позволит повысить энергетическую безопасность страны.
УДК 621.43

<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОТОРНЫХ ТОПЛИВИЗ КАМЕННОГО УГЛЯ:

  1.   8. УСЛОВНО-РЕФЛЕКТОРНЫЙ УРОВЕНЬ. МОТОРНОЕ НАУЧЕНИЕ  
  2.   11. СРАВНЕНИЕ СЕНСОРНОЙ И МОТОРНОЙ МОДЕЛЕЙ НАУЧЕНИЯ. ПОНЯТИЕ ВИДОВ НАУЧЕНИЯ  
  3.   9. УНИВЕРСАЛЬНА ЛИ МОТОРНАЯ МОДЕЛЬ НАУЧЕНИЯ? НАУЧЕНИЕ КАК НАПРАВЛЕННЫЙ ПРОЦЕСС, УПРАВЛЯЕМЫЙ ЦЕЛЬЮ  
  4. КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
  5. ЧАСТЬ1.каменный ве
  6. Е.В. Невзглядова ВОЛНА И КАМЕНЬ
  7. СОЛЬ, ЖЕЛЕЗО, КАМЕННЫЙ УГОЛЬ
  8. Каменные ограды
  9. КАМЕННЫЕ ГРОБНИЦЫ
  10. Городской каменный дом
  11. Новый каменный век
  12. Каменная твердыня
  13. Галечные орудия; начало древнего каменного века
  14. ГЛАВА 3 МЕЗОЛИТ И НЕОЛИТ (СРЕДНИЙ И НОВЫЙ КАМЕННЫЙ ВЕК)
  15. Образование каменной соли, гипса и ангидрита
  16. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БОГАТЫХ: КАМЕНЬ И КИРПИЧ
  17. КАМЕННЫЕ И МЕДНЫЕ ОРУДИЯ ТРУДА. РЕМЕСЛА РАННЕГО ЦАРСТВА
  18. Глава 21. КОЛУМБИЯ: ЗАМКОВЫЙ КАМЕНЬ ЛАТИНОАМЕРИКАНСКОЙ АРКИ