Синтетическое топливо. Синтетическая нефть из древесины


Cинтетическая нефть

Еще совсем недавно энергетический кризис казался невероятным, но сейчас уже близится тот момент, когда человечество столкнется с жесточайшей нехваткой энергоресурсов. Стремительный технологический рост человеческой цивилизации спровоцировал интенсификацию производства, а, соответственно, интенсивное использование полезных ископаемых.

Новый завод Pearl GTL по производству синтетической нефти в Катаре

В настоящее время статистические данные, отражающие объемыдоступных запасов нефти в доказанных месторождениях, в краткосрочной перспективе малоутешительны. Вряд ли можно себя успокаивать, что в ближайшие годычеловечество найдет новые ресурсы, которые заменят природные полезные ископаемые. Энергетический кризис с одной стороны неминуем, но еще есть возможность смягчить последствия. Одним из вариантов борьбы с энергетическим кризисом является промышленное производство энергоресурсов и топлива. Смогут ли синтетические энергоресурсы стать реальной заменой природным ископаемым, а также что можно считать синтетическим сырьем, постараемся проанализировать.

Экономические предпосылки для производства синтетической нефти в России

Снижение объемов доступных месторождений нефти заставляет искать ей альтернативу. В частности речь идет о производстве синтетической нефти, технологиях, проблемах и перспективах. В настоящее время производство синтетических нефтепродуктов имеет большой экономический потенциал, в зависимости от выбранной технологии каждое направление производства предполагает разные показатели эффективности, но все проекты по производству синтетических нефтепродуктов без исключения требуют крупных капитальных вложений. При выборе направления производства синтетической нефти нужно рассматривать технологии, основанные на использовании различной сырьевой базы, с целью поиска наиболее оптимальных экономических параметров. Можно выделить следующие критерии выбора технологий производства, которые в совокупности оцениваются на этапе инициации проектной программы: качество готового продукта, потенциальная способность продукта стать товаром-заменителем для природных энергоресурсов, предполагаемый объем производства, капиталоемкость, массовая доля производства и его влияние на макрорынок энергоресурсов, экономическая эффективность и прибыль, время для реализации проекта. В настоящий момент можно специфицировать ряд ограничений, которые могут иметь значительное влияние на процесс внедрения будущих проектов, связанных с производством синтетической нефти. По оценкам ведущего энергетического оператора British Petroleum, при сохранении объема добычи из доказанных месторождений запасов нефти в России хватит на 21 год. Таким образом, все действия по поиску товаров-заменителей для природной нефти имеют жесткое временное ограничение — не более 20 лет. В рамках жесткого временного ограничения также нужно учитывать недостаточную отечественную научно-техническую базу в вопросах производства синтетических нефтепродуктов, а также ограниченный финансовый бюджет. Ограничение по финансам связано, скорее, не с малым объемом инвестиционных средств, а сложностью проектной программы, которая в совокупности требует грандиозных капитальных вложений необходимыхв ограниченные сроки. В качестве продуктивных технологий производства синтетической нефти, которые уже прошли частичную или полную промышленную апробацию, можно выделить следующие: производство синтетической нефти из экстра-тяжелого нефтяного сырья, технологии, основанные на химическом процессе Фишера-Тропша — «газ в жидкость» (GTL, gas-to-liquid), «уголь в жидкость» (CTL, coal-to-liquid), «биомасса в жидкость»(BTL, biomass-to-liquid). Безусловно, что использование различного сырья для производства синтетической нефти будет подразумевать неоднородный состав готового продукта, различное применение и рыночную стоимость. Разный химический состав добываемой нефти также характерен для естественных месторождений. Содержание примесей и химических соединений в нефти различных нефтяных бассейнах варьируется в широких пределах. Существует общепринятая классификация товарной нефти. Наиболее дорогой считается легкая нефть с малым содержанием серы и эталонным содержанием дистиллируемых фракций, парафинов, хлористых солей. К маркерным сортам нефти, которыми торгуют на бирже, относятся: сорт Brent, добываемый в Северном море, для Лондонской биржи; WTI (West Texas Intermediate) для биржи NYMEX в Нью-Йорке; Tapis для биржи в Сингапуре. Остальные сорта нефти выставляются на продажу по цене с дисконтом или надбавкой по отношению к биржевым ценам эталонных сортов.Показатели качества нефти (российская классификация)Наименование показателяНорма для типа1234
Плотность - P, г/м3, не более0,8500,8700,8900,895
Выход объемных фракций, %, не менее
при до t=2000C≥ 25≥ 21≥ 21≥ 19
при до t=3000C≥ 45≥ 43≥ 41≥ 35
при до t=3500C≥ 55≥ 53≥ 50≥ 48
Содержаниесеры - S, %, не более≥ 0,6≥ 1,8≥ 2,5≥ 3,5
Основные показатели качества на эталонные и котирующиеся сорта легкой нефтиСорт нефтиПлотность — P, г/м3Содержаниесеры — S, %
Brent0,825-0,8280,37
WTI0,8270,4-0,5
Tapis0,65-1,050,1
ArabLight0,8501,9-2,9
SiberianLight0,800-0,8390,57
Под понятием синтетической нефти (СН), применяемой в канадской терминологии перегонки нефтяного песка в товарный сорт нефти, подразумевается облегченная, маловязкая, без недистиллируемых остатков нефть, полученная в результате облагораживания тяжелой нефти, из которой выделены тяжелые остатки. Также в канадской терминологии имеется понятие полусинтетической нефти (ПСН), ПСН — маловязкая, облегченная, с недистиллируемыми остатками, производство исключает фазу выделения тяжелых остатков. Позднее термин синтетической нефти стал применяться относительно продуктов переработки газа, угля и биомассы в технологиях GTL, CTL, BTL. При производстве синтетической нефти нужно обеспечивать основные показатели качества близкие к показателям высококачественной товарной нефти, в частности в синтетической нефти помимо низкой плотности и серосодержания важно содержание дистиллируемых фракций, которые также будут обеспечивать нефтепродукту коммерческий потенциал.Показатели качества нефти маркерного сорта и синтетической нефти, полученной в результате перегонки тяжелых сортов нефтиНаименованиеЕдиницы измеренияПСНСНBrent
ПлотностьoAPI≤ 27≥ 47≤ 38
г/м3≥ 0,890≤ 0,870≤ 0,830
Содержание фракцийНК-1800С, %0-3018-2538
180-3600С, %10-2035-5030
350-5000С, %15-2520-4520
более 5000С, %30-45012
Содержание серы%≤ 3≤ 0,9≤ 0,3
Синтетическая нефть — это высококачественные нефтепродукты премиум-класса. Такая нефть требует минимальной переработки и максимально приближена по свойствам маркерных сортов, а часто и превосходит их. Если рассматривать экспортную стратегию РФ, то не сложно прийти к выводу, что Россия экспортирует преимущественно сырье для нефтеперерабатывающих заводов. В рамках энергетического дефицита целесообразно проанализировать эффективность макроэкономической стратегии, возможно, низкокачественные сорта нефти, которые имеются в достаточных объемах, требуют предварительной переработки с целью повышения экспортного качества. Доказанные объемы нефти в России на сегодняшний день включают месторождения легких и среднетяжелых сортов нефти, также имеются месторождения тяжелых сортов. В общем, на территории РФ находится 71,23% нефти высокого качества, а 28,77% — нефти низкого качества, преимущественно тяжелой и высокосернистой. Например, экспортная нефтяная смесь Urals получается при смешивании в трубопроводе сорта Siberian Light и тяжелой нефти с высоким содержанием серы, добываемой в Волго-Уральском регионе. Спрос на сорт Urals в основном формируют азиатские нефтеперерабатывающие заводы, а также страны СНГ, которые покупают более дешевое сырье с низким уровнем сульфаризации. Зонирование нефтедобывающих провинций Евразии по показателю качества нефти

Нетрадиционные источники нефтяного сырья

Основная часть российских месторождений тяжелой и высокосернистой нефти находится в Волго-Уральском регионе, также низкокачественная нефть имеется в Западной Сибири. Российская классификация предполагает наличие пяти типов нефти, включая тяжелые с плотностью свыше 0,870 г/м3, а также битуминозные нефти с плотностью более 0,895 г/м3. Крупные запасы битуминозных песков обнаружены в Волго-Уральском бассейне и Восточной Сибири. В связи со снижением объемов запасов нефти по всему миру, внимание стали привлекать месторождения тяжелой и экстра-тяжелой нефти. По оценке специалистов, объемы нетрадиционных нефтяных ресурсов — экстра-тяжелой нефти, значительно превышают мировые запасы легкой и среднетяжелой нефти. Огромные месторождения нетрадиционного нефтяного сырья — нефтяных песков, находятся в провинции Альберта (Канада), а также в пустыне Ориноко в Венесуэле. Доказанные запасы нефти в нефтяном песке Канады и Венесуэлы по имеющимся прогнозам имеют колоссальные объемы — 3,7 трлн. баррелей (500 млрд. т). Разработка нефтяных песков в провинции Альберта, Канада Нефтяной песок представляет собой смесь песка, воды и битума, его впервые обнаружили еще индейцы. Долгое время нефтеносный песок пытались химически разложить на составляющие, это удалось только в 1920 году гениальному химику-самоучке К. Кларку из г. Эдмонтон (Альберта, Канада). Технология разделения нефтяного песка на нефть и песок достаточно проста: нефтеносный песок добавляется в теплую воду с каустической содой и пропускается через барабан подобный стиральной машине. Себестоимость производства нефти из нефтеносного песка достаточно дорогая и составляет около 30 долларов за баррель, но вполне окупаемая при высоких ценах на нефть и её дефиците. Российские нефтяные резервы, 2005 Диаграмма битумных запасов Масштабная разведка нетрадиционных нефтяных запасов в России не проводилась, доказанных запасов битуминозной нефти в РФ не существует. При оценке объемов запасов пока можно опираться только на результаты аудита национальных ресурсов РФ основными нефтяными операторами — British Petroleum (BP) и OGJ. По данным BP и OGJ объем российских запасов технически-доступной нефти составляет: 13,4 млрд. баррелей (1,8 млрд. т) тяжелой нефти, 33,7 млрд. баррелей (4,5 млрд. т) нефти в битумных песках. Также отмечается, что только 14% (33,7 млрд. баррелей или 4,5 млрд. т) месторождений битумного песка является технически-доступным. Кроме того, на территории России имеются месторождения битумного песка эквивалентного 212 млрд. баррелям (28,53 млрд. т) нефти, но эти запасы на сегодняшний день относят к технически-недоступным. Общий объем битуминозных песков в России по оценкам операторов составляет 245 млрд. баррелей (около 33 млрд. тонн).

Российские запасы тяжелой нефти и ее переработка

Основные запасы тяжелого и кислого нефтяного сырья сосредоточены в Волго-Уральском бассейне, здесь же расположены месторождения битумов. Легко-извлекаемые нефтяные пески Melekess Волго-Уральского бассейна могут вполне стать частью доказанных нефтяных объемов России. Общая площадь Арланского месторождения составляет 460 км2, присутствуют тяжелые нефти (плотность 0,88-0,89 г/см³, содержание серы 2,4-3,6 %.) и битуминозные пески. Общая глубина вскрытого нефтеносного осадочного покрова составляет 3000 м. Большая часть битуминозных месторождений и месторождений тяжелой нефти в России требует применения эффективных технологий глубинной добычи. За последние годы Россия начала использовать новые методы добычи тяжелой нефти, в частности применен метод парового дренажа –Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD). Однако применение SAGD при добыче тяжелой нефти является единичным случаем и не меняет общей сложной технологической картины, имеющей место в РФ. На сегодняшний день основные технологические инвестиции России были ориентированы на классическую нефтедобычу, а также добычу в арктических условиях. Во времена СССР в небольшом количестве продвигались технологии для переработки тяжелого и экстра-тяжелого нефтяного сырья, но в настоящий момент имеющихся в России технологий недостаточно даже для облагораживания низкокачественной товарной нефти. Труднодоступные и на сегодняшний день технически не восстанавливаемые битумы РФ находятся в основном в алмазоносном и золотоносном Лено-Анабарском междуречье, расположенном в отдаленной части Восточной Сибири. Предполагаемый объем запас нефти месторождения составляет 212 млрд. баррелей (около 28,5 млрд. тонн). В настоящее время разработка этих месторождений является технически нереализуемой задачей из-за полного отсутствия инфраструктуры в этом регионе. Однакодобыча нефти из месторождений в Лено-Анабарском бассейне может рассматриваться в комплексе с добычей золота и алмазов. Здесь следует подчеркнуть, что развитие новых технологий глубинной добычи нефтяного песка в Лено-Анабарском регионе может позволить вывести технически-недоступные запасы экстра-тяжелой нефти в разряд доказанных объемов РФ, это может значительно изменить общую мировую картину нефтяных запасов. Для технически-доступной тяжелой нефти Волго-Уральского бассейна актуально применение технологии «облагораживания» с целью повышения её экспортного потенциала. Очевидно, чем выше плотность сырья, тем дороже технология. Переработка тяжелой нефти позволяет получить высококачественные нефтепродукты с низкой удельной плотностью и сернистостью. Экономически целесообразно повысить качество тяжелой и кислой нефти Волго-Уральского бассейна, а не смешивать ее с высококачественным сортом Siberian Light для получения экспортной смеси Urals.Показатели качества маркерного сорта нефти, нефти тяжелых и экстра-тяжелых сортовНаименованиеЕдиницы измеренияТяжелая нефтьЭкстра-тяжелая нефтьПриродные битумыBrent
ПлотностьoAPI≤ 26,6≤ 14≤ 10≤ 38
ячейка2ячейка2ячейка2ячейка2ячейка2
Содержание фракцийНК-1800С, %3-15≤ 2≤ 138
180-3600С, %20-35≤ 2015-2030
350-5000С, %25-3520-3015-2020
более 5000С, %30-4040-5050-6012
Содержание серы%1,2-32,5-3,54-5≤ 0,3
Технология переработки эстра-тяжелой нефти в облегченные синтетические продукты основана на комбинировании традиционных технологий, применяемых на НПЗ: коксовании, гидроочистке, удалении серы, гидрокрекинге и производстве водорода. В последние годы технология усовершенствована за счет производственных процессов: висбрекинга, деасфальтизации, гидрокрекинга остатков, гидроочистки газойлей, газификации тяжелой нефти. Малосернистую высококачественную нефть без недистилируемых остатков получают путем переработки тяжелых остатков нефти, гидрокрекинга и коксования наряду с гидроочисткой фракций. Малое количество серы обеспечивается за счет гидроочистки. Объем производства полноценной синтетической нефти составит 50-80% от объема входного сырья, для полусинтетической — 75-90%. В настоящий момент отсутствуют оптимальные технологические решения, которые позволят снизить капиталовложения и себестоимость будущей российской синтетической нефти, полученной в результате переработки тяжелых сортов. В ближайшей перспективе не представляется возможным самостоятельная разработка российскими компаниями месторождений экстра-тяжелой нефти. Для разработки битуминозных песков на территории России следует привлекать крупные энергетические компании, имеющие опыт в данном направлении.

Синтетическая нефть из угля и газа. Зарубежный опыт

Технология химического преобразования метана и его гомологических родственников в жидкие углеводороды применяется несколькими крупными нефтяными концернами: Royal Dutch Shell, Sasol, Syntroleum, Rentech, Exxon Mobil, Conoco Philips, Chevron Texaco, British Petroleum (BP), Euroil Ltd. В качестве сырья используется природный газ, сопутствующий нефтяной газ и уголь. Вялый процесс внедрения технологии производства синтетической нефти связан с периодическим снижением цен на природную нефть, но с каждый годом ситуация относительно стоимости синтетического сырья становится все более привлекательной. В вопросе развития технологии GTL концерн Sasol значительно опережал Shell, в последнее время ситуация начинает изменяться в связи с запуском завода Pearl GTL в промышленном городе Ras Laffan в Катаре. Для России переработка угля и газа в высококачественные нефтепродукты является актуальной задачей, которая, по крайней мере, требует внимания и проведения тщательных расчетов. Переработка газа и угля в синтетическую нефть наиболее целесообразна. Во-первых, синтетическая нефть может вывести газ РФ на принципиально новый уровень коммерческого предложения, во-вторых, Россия имеет крупные месторождения угля, который может успешно перерабатываться в нефтепродукты премиум-класса с последующим экспортом в Европу. Технологии производства синтетической нефти из угля активно развиваются компанией Sasol в ЮАР. Метод химического сжижения угля к состоянию пиролизного топлива был использован еще в Германии во время Великой Отечественной войны. Немецкая установка уже к концу войны производила 100 тыс. баррелей (0,1346 тыс. т) синтетической нефти в день. Использование угля для производства синтетической нефти целесообразно из-за близкого химического состава природного сырья. Содержание водорода в нефти составляет 15%, а в угле — 8%. При определенных температурных режимах и насыщении угля водородом, уголь в значительном объеме переходит в жидкое состояние. Гидрогенизация угля увеличивается при введении катализаторов: молибдена, железа, олова, никеля, алюминия и др. Предварительная газификация угля с введением катализатора позволяет выделять различные фракции синтетического топлива и использовать для дальнейшей переработки. Sasol на своих производствах применяет две технологии: «уголь в жидкость» — CTL (coal-to-liquid) и «газ в жидкость» — GTL (gas-to-liquid). Использовав свой первый опыт в Южной Африке во времена Апартеида и обеспечив частичную энергетическую независимость стране даже во времена экономической блокады, компания Sasol в настоящий момент развивает производства синтетической нефти во многих странах мира, заявлено о строительстве заводов синтетической нефти в Китае, Австралии и США. Первый завод Sasol построен в промышленном городе ЮАР Сасолбург, первым заводом по производству синтетической нефти промышленных масштабах стал Oryx GTL в Катаре в городе Рас-Лаффан, также компания запустила в эксплуатацию завод Secunda CTL в ЮАР, участвовала в проектировании завода Escravos GTL в Нигерии совместно с Chevron. Капиталоемкость проекта Escravos GTL составляет 8,4 млрд. долларов, результирующая мощность завода составит 120 тыс. баррелей синтетической нефти в день, старт проекта — 2003 год, планируемая дата запуска в эксплуатацию — 2013 год. Строительство Pearl GTL в Катаре Для производства топлива по технологии «газ в жидкость» может быть использован газ любого происхождения, это делает GTL наиболее перспективной технологией для России, а синтетическое GTL-топливо более прогрессивным относительно эффективности производства. Технология GTL предусматривает три фазы производства: производство синтез-газа путем химического синтеза методом Фишера-Тропша кислорода с углеродом, преобразование синтез-газа в сырую нефть синтетического происхождения, очистку синтетических продуктов. Если рассматривать зарубежный опыт, то новый завод Pearl GTL запущен в 2011 году в Катаре, оператором данного проекта выступает компания Royal Dutch Shell. Мощность нового завода составляет 140 тыс. баррелей GTL-продуктов и 120 тыс. баррелей сжиженного газа в сутки, финальная стоимость проекта составила 24 млрд. долларов. На новом производстве применяется новая усовершенствованная GTL-технология, называющаяся SMDS — «средние дистилляторы синтеза». Технология GTL подразумевает производство легкой высококачественной нефти с низким содержанием серы. Хотя сера обязательно должна присутствовать в топливе, потому что она обеспечивает маслянистость. Выведение серы из химического состава GTL-продуктов способствует накоплению её запасов на территории предприятия. Для эффективного использования этих запасов компания Shell разработала специальную технологию Sulphur thiogro для производства серосодержащих веществ. В результате были предложены высококачественные обогатительные смеси для удобрений, применяемых для почв с дефицитом серы. Такие удобрения повышают доходность аграрного сектора в районах с дефицитом серы на 17%. Применение GTL-топлива в качестве добавки к обычному топливу предполагает снижение выбросов в атмосферу: выброс угарного газапо сравнению с обычным дизелем сокращается на 91%, углеводородов — на 63%, твердых частиц — на 26%, оксидов азота — на 6%. На заводе Pearl GTL компания Shell намерена производить различные синтетические углеводороды, которые будут широко применимы на рынке. Это связано с растущим спросом на высококачественное топливо и промышленные газы. Например, сжиженный газ (LPG), полученный по технологии GTL, не содержит примеси тяжелых металлов и серы.

Синтетическая нефть из отходов и мусора. Экологический подход

Синтетическая нефть может быть произведена из различного сырья. В качестве сырья могут быть также использованы отработанные масла и другие отходы. Утилизация мусора для производства синтетической нефти является прогрессивной технологией в рамках будущей нехватки энергоресурсов, а также охраны окружающей среды. Технология переработки биологических отходов, в частности биомассы, называется «биомасса в жидкость» — BTL (biomass-to-liquid). Лидером в разработке технологий BTL является Германия. Новый завод Choren во Фрайберге (Германия), запущенный в 2006 году, успешно перерабатывает отходы леса и другую биомассу в синтетическое дизельное топливо. Технология BTL применима для переработки сортированных отходов агропредприятий, заводов по переработке масса, лесозаготовительных и перерабатывающих предприятий, а также для утилизации сортированных синтетических отходов — моторного масла кораблей, автопокрышек и прочего. В настоящий момент пока не найдено решение для переработки в синтетическую нефть несортированного мусора, хотя технологически это достижимо. Эффективность технологий переработки отходов взаимосвязана с разным содержанием углеводорода в исходном сырье, но в современных условиях технология переработки отходов в синтетическую нефть очень актуальна. Приведем высказывание Роберта Брауна, возглавляющего Программу биовозобновляемых ресурсов университета штата Айовы. По его мнению, производство в США синтетической нефти из древесных и растительных отходов, которые имеются в достаточном объеме и в настоящее время сжигаются, может достигнуть объема 1/3 национального потребления нефти. В данном случае подразумевается переработка стружки, древесной коры, опилок, стеблей. В рамках применяемых технологий вся масса отходов используется только для частичного производства электроэнергии с минимальным КПД. Для примера можно также отметить, что из одной тонны покрышек путем переработки получается около 350-380 литров синтетической нефти. Синтетическая нефть подобного происхождения может стать сырьем для производства высококачественного бензина или дизеля.

Перспективы производства синтетической нефти в России

Перспективы развития производства синтетической нефти в России обусловлены текущими экономическими предпосылками. Нехватка энергоресурсов, поиск новых месторождений нефти или её эффективных заменителей повлекут финансовые вливания в данное направление. Прежде всего, целесообразно проанализировать возможность повышения качества товарной нефти в Волго-Уральском бассейне. Экономическая ситуация, связанная с переизбытком полезных ископаемых в РФ, уже постепенно уходит в прошлое, поэтому будет целесообразно внедрение технологий, способствующих частичной или полной замене стратегии «экспорта сырья» на стратегию «экспорта готового продукта», таким образом, активизировав процессы, связанные с сырьевой переработкой в РФ. В настоящий момент необходимо пересмотреть основные аспекты экспортной стратегии РФ относительно нефти и других энергоресурсов. Очевидно, существуют некоторые резервы, которые позволят увеличить экономическую выгоду российского экспорта за счет внедрения новых технологий. Переработка тяжелой и кислой нефти Волго-Уральского бассейна может стать первым шагом в активизации действий, связанных с переработкой нетрадиционного нефтяного сырья — российских нефтяных песков, основные месторождения которых находятся в Волго-Уральском бассейне и Лено-Анабарском междуречье. Сложность разработки нефтяных песков в Волго-Уральском бассейне связана со сложностью добычи экстра-тяжелой нефти с больших глубин. В Канаде уже существуют первые попытки внедрения промышленных технологий по глубинной добыче песка. Речь идет об использовании атомной энергии для подъема песка на поверхность. Такой проект разрабатывается компанией Energy Alberta на базе атомных реакторов компании Atomic Energy of Canada, прогнозируемая стоимость проекта — 4 млрд. долларов, предполагаемый запуск в эксплуатацию — 2016 год. «Атомные» технологии добычи песка позволяют сократить объем расхода газа, используемого в производстве нефти из нефтяного песка, примерно на 7,4 млн. м3 газа в день, а, соответственно, исключить выброс парниковых газов в атмосферу. Разработка нефтяного песка в Лено-Анабарском междуречье значительно усложнена из-за отсутствия какой-либо инфраструктуры в отдаленных районах Восточной Сибири. С другой стороны, этот регион обладает высоким экономическим потенциалом с точки зрения добычи золота и алмазов. Мультифакторный экономический подход позволит найти необходимые резервы для оптимизации стратегии переработки экстра-тяжелой нефти в этом регионе. Отметим, что производство синтетических премиум-продуктов на базе технологий GTL, CTL, BTL в РФ сдерживается только из-за отсутствия необходимых финансовых вложений. Безусловно, наиболее актуальной в краткосрочной перспективе является технология GTL, которая предполагает переработку российского газа, имеющегося в достаточных количествах, в высококачественную синтетическую нефть, включая сопутствующий газ на нефтяных месторождениях, который в данный момент сжигается. Эффективность GTL-проектов будет несколько снижена за счет производства в отдаленных районах и существенных затрат на транспортировку, но данный подход все равно требует детального анализа, так как позволит создать баланс между энергетическими технологиями, которые обусловят энергетическую независимость России в долгосрочной перспективе. При разработке проектов нужно учитывать, что строительство завода GTL занимает в среднем 10 лет и требует от 8 до 24 млрд. долларов капиталовложений при условии участия в проекте крупного оператора со значительным опытом GTL-производства. Очевидно, необходимо рассматривать технологии производства синтетической нефти в России в комплексе и находить оптимальный баланс между капиталовложениями и экономической выгодой для создания эффективной экспортной стратегии в будущих периодах. Первичный анализ позволяет сделать вывод о наличии значительных «энергетических» резервов РФ в отношении переработки нетрадиционного нефтяного сырья, что может оказать существенное влияние на изменение структуры экспорта энергоносителей.

uzb69.blogspot.com

Синтетическая нефть Википедия

Сравнение синтетического топлива и обычного дизельного топлива. Синтетическое топливо заметно чище из-за отсутствия серы и примесей

Синтетическое топливо — углеводородное топливо, которое отличается от обычного топлива процессом производства, то есть, получаемое путём переработки исходного материала, который до переработки имеет неподходящие для потребителя характеристики.

Как правило, этот термин относится к жидкому топливу, полученному из твердого топлива (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива. Такие процессы, как, например, процесс Фишера — Тропша, использовались государствами, не имеющими доступа к жидкому топливу.

История

NYMEX цены на нефть West Texas Intermediate

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени, до 50% в отдельные годы[1], удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Как считал «личный архитектор Гитлера» Альберт Шпеер, в техническом отношении Германия потерпела поражение 12 мая 1944 года, когда вследствие массированных бомбардировок союзников было уничтожено 90 % заводов, производящих синтетическое горючее[2]. Аналогично этому, Южная Африка с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена Апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать несмотря на международные санкции.

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии и поэтому иногда такие компании производят «синтетическое топливо» из смеси угля с биологическими отходами. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления особенностями налоговой системы корпорациями. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы и поэтому оно смешивается с обычным дизельным топливом для уменьшения в такой смеси уровня серы, что необходимо для маркетирования дизельного топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например в Калифорнии).

« Синтетическое жидкое топливо и газ из твердых горючих ископаемых производят сейчас в ограниченном масштабе. Дальнейшее расширение производства синтетического топлива сдерживается его высокой стоимостью, значительно превышающей стоимость топлива на основе нефти. Поэтому сейчас интенсивно ведется поиск новых экономичных технических решений в области синтетического топлива. Поиск направлен на упрощение известных процессов, в частности, на снижение давления при ожижении угля с 300—700 атмосфер до 100 атмосфер и ниже, увеличение производительности газогенераторов для переработки угля и горючих сланцев и также разработку новых катализаторов синтеза метанола и бензина на его основе. »

Сейчас использование технологии Фишера – Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 долл. за баррель.[3]

Нетрадиционная нефть

Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода чем уголь и поэтому производство жидкого топлива из битума может быть гораздо проще и может стоить существенно меньше, чем производство жидкого топлива методом Фишера — Тропша. Горючий сланец - это полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Битуминозные пески Ориноко (нефтеносные пески Ориноко) являются депозитами нетрадиционной нефти в виде горючих сланцев в районе реки Ориноко в Венесуэле, которая течет к венесуэльско-бразильской границе и впадает в Атлантический океан. Битуминозные пески Ориноко считаются одним из двух крупнейших месторождений нетрадиционной нефти (второе, Битуминозные пески Атабаски, расположено в Канаде).

«По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти»

Э. П. Волков, академик РАН.[4]

Спирты

В последнее время растет роль спиртов как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).

Этанол

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограниченно в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40 % своих потребностей в топливе за счёт спирта[6], благодаря высоким урожаям сахарного тростника и низкой стоимости рабочей силы. Биотопливо формально не приводит к выбросам парникового газа: в атмосферу возвращается углекислый газ (CO2), изъятый из неё в ходе фотосинтеза.

Однако резкий рост производства биотоплива требует больших территорий для посева растений. Эти территории или расчищаются путём сжигания лесов (что приводит к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу), или за счёт фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).[7]

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур EROEI (отношение полученной к потраченной энергии) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5. Вопреки распространённому мнению, это верно не для всех культур: так, у сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла 9.[8]

Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и по крайней мере в ближайшем будущем. Но в связи с увеличивающимися потребностями человечества в ресурсах нельзя точно утверждать, что синтез целлюлозы будет самым масштабным и в будущем, например и через 50 лет. Для сравнения производство стали во всем мире на 2009 год составило 1,3 млрд т, а мировая добыча нефти на 2006 год составляла 3,8 млрд т в год.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

Общее производство биотоплива (биоэтанола и биодизеля) в 2005 году составило около 40 млрд л.

В марте 2007 года японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.[9]

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле (не путать с биодизелем) увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту числа респираторных заболеваний и астмы.[10]

Метанол

Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемом в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средствах, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использование метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензину существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal[11]). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след»[12], чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Бутиловый спирт

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Твердое и газообразное топливо

Briquette Uganda 1.jpg

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живет около половины мирового населения) [13]. Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

См. также

Ссылки

Примечания

  1. ↑ Peter W. Becker. The Role of Synthetic Fuel In World War II Germany, implications for today? (англ.). Air University Review, July-August 1981. — «Still, between 1938 and 1943, synthetic fuel output underwent a respectable growth from 10 million barrels to 36 million. The percentage of synthetic fuels compared to the yield from all sources grew from 22 percent to more than 50 percent by 1943. ... At the peak of their synthetic fuel production in 1943, when half of their economy and their armed forces ran on synthetic fuel, the Germans produced 36,212,400 barrels of fuel a year». Проверено 24 мая 2015.
  2. ↑ Ф. В. фон Меллентин. Бронированный кулак вермахта. Смоленск: «Русич», 1999. 528 с. («Мир в войнах») ISBN 5-8138-0088-3
  3. ↑ Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды, уровень которого составляет от 5 до 7 галлонов на каждый галлон полученного топлива.
  4. ↑ ТОРЖЕСТВЕННОЕ ВРУЧЕНИЕ ПРЕЗИДЕНТОМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДМИТРИЕМ МЕДВЕДЕВЫМ ПРЕМИЙ «ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ». Э. П. Волков., 2008, стр 10[неавторитетный источник?]
  5. ↑ Internal Combustion Engines, Edward F. Obert, 1973
  6. ↑ Коммерческая биотехнология | Спирт вместо бензина: бразильский эксперимент
  7. ↑ От биотоплива пока больше вреда, чем пользы // Алексей Гиляров
  8. ↑ http://www.worldwatch.org/system/files/EBF008_1.pdf
  9. ↑ Морские водоросли в качестве биологического топлива. 22 марта группа японских ученых опубликовала детали плана по массовому производству этанола из культивируемых морских водорослей
  10. ↑ Авто@Mail.Ru
  11. ↑ Energy Citations Database (ECD) — — Document #6329346
  12. ↑ en:Carbon footprint
  13. ↑ YouTube — Fuel Briquettes

wikiredia.ru

Синтетическая нефть Вики

Сравнение синтетического топлива и обычного дизельного топлива. Синтетическое топливо заметно чище из-за отсутствия серы и примесей

Синтетическое топливо — углеводородное топливо, которое отличается от обычного топлива процессом производства, то есть, получаемое путём переработки исходного материала, который до переработки имеет неподходящие для потребителя характеристики.

Как правило, этот термин относится к жидкому топливу, полученному из твердого топлива (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива. Такие процессы, как, например, процесс Фишера — Тропша, использовались государствами, не имеющими доступа к жидкому топливу.

История[ | код]

NYMEX цены на нефть West Texas Intermediate

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени, до 50% в отдельные годы[1], удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Как считал «личный архитектор Гитлера» Альберт Шпеер, в техническом отношении Германия потерпела поражение 12 мая 1944 года, когда вследствие массированных бомбардировок союзников было уничтожено 90 % заводов, производящих синтетическое горючее[2]. Аналогично этому, Южная Африка с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена Апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать несмотря на международные санкции.

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии и поэтому иногда такие компании производят «синтетическое топливо» из смеси угля с биологическими отходами. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления особенностями налоговой системы корпорациями. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы и поэтому оно смешивается с обычным дизельным топливом для уменьшения в такой смеси уровня серы, что необходимо для маркетирования дизельного топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например в Калифорнии).

« Синтетическое жидкое топливо и газ из твердых горючих ископаемых производят сейчас в ограниченном масштабе. Дальнейшее расширение производства синтетического топлива сдерживается его высокой стоимостью, значительно превышающей стоимость топлива на основе нефти. Поэтому сейчас интенсивно ведется поиск новых экономичных технических решений в области синтетического топлива. Поиск направлен на упрощение известных процессов, в частности, на снижение давления при ожижении угля с 300—700 атмосфер до 100 атмосфер и ниже, увеличение производительности газогенераторов для переработки угля и горючих сланцев и также разработку новых катализаторов синтеза метанола и бензина на его основе. »

Сейчас использование технологии Фишера – Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 долл. за баррель.[3]

Нетрадиционная нефть[ | код]

Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода чем уголь и поэтому производство жидкого топлива из битума может быть гораздо проще и может стоить существенно меньше, чем производство жидкого топлива методом Фишера — Тропша. Горючий сланец - это полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Битуминозные пески Ориноко (нефтеносные пески Ориноко) являются депозитами нетрадиционной нефти в виде горючих сланцев в районе реки Ориноко в Венесуэле, которая течет к венесуэльско-бразильской границе и впадает в Атлантический океан. Битуминозные пески Ориноко считаются одним из двух крупнейших месторождений нетрадиционной нефти (второе, Битуминозные пески Атабаски, расположено в Канаде).

«По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти»

Э. П. Волков, академик РАН.[4]

Спирты[ | код]

В последнее время растет роль спиртов как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).

Этанол[ | код]

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограниченно в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40 % своих потребностей в топливе за счёт спирта[6], благодаря высоким урожаям сахарного тростника и низкой стоимости рабочей силы. Биотопливо формально не приводит к выбросам парникового газа: в атмосферу возвращается углекислый газ (CO2), изъятый из неё в ходе фотосинтеза.

Однако резкий рост производства биотоплива требует больших территорий для посева растений. Эти территории или расчищаются путём сжигания лесов (что приводит к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу), или за счёт фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).[7]

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур EROEI (отношение полученной к потраченной энергии) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5. Вопреки распространённому мнению, это верно не для всех культур: так, у сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла 9.[8]

Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и по крайней мере в ближайшем будущем. Но в связи с увеличивающимися потребностями человечества в ресурсах нельзя точно утверждать, что синтез целлюлозы будет самым масштабным и в будущем, например и через 50 лет. Для сравнения производство стали во всем мире на 2009 год составило 1,3 млрд т, а мировая добыча нефти на 2006 год составляла 3,8 млрд т в год.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

Общее производство биотоплива (биоэтанола и биодизеля) в 2005 году составило около 40 млрд л.

В марте 2007 года японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.[9]

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле (не путать с биодизелем) увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту числа респираторных заболеваний и астмы.[10]

Метанол[ | код]

Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемом в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средствах, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использование метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензину существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal[11]). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след»[12], чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Бутиловый спирт[ | код]

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Твердое и газообразное топливо[ | код]

Briquette Uganda 1.jpg

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живет около половины мирового населения) [13]. Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир[ | код]

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

См. также[ | код]

Ссылки[ | код]

Примечания[ | код]

  1. ↑ Peter W. Becker. The Role of Synthetic Fuel In World War II Germany, implications for today? (англ.). Air University Review, July-August 1981. — «Still, between 1938 and 1943, synthetic fuel output underwent a respectable growth from 10 million barrels to 36 million. The percentage of synthetic fuels compared to the yield from all sources grew from 22 percent to more than 50 percent by 1943. ... At the peak of their synthetic fuel production in 1943, when half of their economy and their armed forces ran on synthetic fuel, the Germans produced 36,212,400 barrels of fuel a year». Проверено 24 мая 2015.
  2. ↑ Ф. В. фон Меллентин. Бронированный кулак вермахта. Смоленск: «Русич», 1999. 528 с. («Мир в войнах») ISBN 5-8138-0088-3
  3. ↑ Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды, уровень которого составляет от 5 до 7 галлонов на каждый галлон полученного топлива.
  4. ↑ ТОРЖЕСТВЕННОЕ ВРУЧЕНИЕ ПРЕЗИДЕНТОМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДМИТРИЕМ МЕДВЕДЕВЫМ ПРЕМИЙ «ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ». Э. П. Волков., 2008, стр 10[неавторитетный источник?]
  5. ↑ Internal Combustion Engines, Edward F. Obert, 1973
  6. ↑ Коммерческая биотехнология | Спирт вместо бензина: бразильский эксперимент
  7. ↑ От биотоплива пока больше вреда, чем пользы // Алексей Гиляров
  8. ↑ http://www.worldwatch.org/system/files/EBF008_1.pdf
  9. ↑ Морские водоросли в качестве биологического топлива. 22 марта группа японских ученых опубликовала детали плана по массовому производству этанола из культивируемых морских водорослей
  10. ↑ Авто@Mail.Ru
  11. ↑ Energy Citations Database (ECD) — — Document #6329346
  12. ↑ en:Carbon footprint
  13. ↑ YouTube — Fuel Briquettes

ru.wikibedia.ru

Синтетическое жидкое топливо / Наука / Лента.co

   Читать оригинал публикации на postnauka.ru   

Самое интересное в синтетическом топливе, на мой взгляд, — это то, что непонятно, отчего оно называется синтетическим. В обычной жизни, если вещь синтетическая, она из нефти, а если вещь сделана из дерева или чего-то другого ненефтяного, то она натуральная. Вот с топливом почему-то наоборот, никто не может объяснить, в чем дело, и это забавно. То есть синтетическое топливо — это то, которое не из нефти.

Почему это важно? Чуть более ста лет тому назад, в 10-х годах XX века, жидкие топлива, получаемые перегонкой нефти, завоевали мир и стали основным энергетическим средством для транспорта, а позже и почти для всего, включая получение электроэнергии. Почему так произошло? Не только потому, что стала доступна нефть. Дело в том, что жидкие углеводороды (а продукты перегонки нефти — это смесь из жидких углеводородов) необыкновенно удобны для использования, они хранятся без ограничения времени и очень легко перевозятся, их можно делить на части, на них прекрасно работают с огромным ресурсом различные двигатели, их можно просто сжигать. Концентрация энергии — так называемая теплотворная способность — в них гигантская, выше, чем, скажем, в угле и тем более в древесине. Ничто не может сравниться со смесями жидких углеводородов.

Поэтому на самом деле в истории развития синтетических топлив изначально было две линии. Одна линия — топлива альтернативные: давайте сделаем что-то, что поможет нам избавиться от жидких углеводородов, может быть, вообще уйти от двигателей внутреннего сгорания, если мы говорим о транспорте. И таких попыток была масса, собственно, первые двигатели внутреннего сгорания работали на угольной пыли или спирте. И то и другое плохо по ряду причин: они просто не имеют всего того набора преимуществ, которые имеют жидкие углеводороды. Попытки продолжаются по сей день. О водородной энергетике, наверное, многие слышали: устроить сети распределения водорода по всему миру, это будет замечательно — топливо, которое при сгорании дает только воду в качестве продукта сгорания (я сам много этим занимался, откровенно говоря, у меня докторская диссертация по водородной энергетике). И какую-то ограниченную нишу водородная энергетика получит. Но, к сожалению, вновь она не имеет всего набора преимуществ жидких топлив из нефти. Более того, у всех этих альтернатив есть дополнительные недостатки.

Водород, например, взрывоопасен просто чрезвычайно, примерно в 10 000 раз более взрывоопасен, чем обычный бензин, а с дизельным топливом нечего даже и сравнивать. Так называемые биотоплива — смеси спиртов, растительные масла — та же самая история: низкое энергосодержание, невозможность стандартизироваться. Ведь нефтяные топлива на нефтеперерабатывающем заводе как под общий знаменатель подводятся: из жидкостей, которые друг друга ничем не напоминают, например из северорусской парафинистой нефти, представляющей собой белую массу, больше всего похожую на мыло, до грозненской нефти, представляющей собой желтоватую легкую жидкость, — из всего получается один и тот же бензин. Вот одно и то же топливо в виде жиров сделать из источников разного происхождения нельзя, а также нельзя их смешивать: двигатель нормально работать не будет.

Тем не менее эта линия развития существует, все время специалисты в альтернативных методах доставки и хранения энергии пытаются придумать что-то новое, например прямое использование электричества и хранилищ электричества — литийионные батареи и, соответственно, электромобили. Эта история начинается сейчас в третий раз. Многие слышали, что примерно с 2014 года начали распространяться электромобили Тесла — вот это третий раз за 120 лет. Синтетическое топливо — это топливо, которое получается как попытка сделать что-то, абсолютно совместимое с нефтяным топливом, но не из нефти. То есть та же самая смесь углеводородов. И вот технологиям получения такого топлива тоже уже более ста лет, но развитие их шло очень и очень тяжело и трудно, потому что все их первые версии уступали и по простоте, и по экономическим показателям самой обычной перегонке нефти. Только сейчас, во втором десятилетии XXI века, начала намечаться ситуация, когда получить бензин из дерева, из угля, из природного газа может стать настолько же экономически выгодным или даже более экономически выгодным, чем из нефти.

При этом особенности химических процессов, которые применяются для получения синтетических топлив, такие, что синтетическое топливо практически гарантированно и всегда лучше, более качественное, чем нефтяное топливо. Казалось бы, и то и другое — смесь углеводородов. В чем может быть разница? В деталях, детали важны. В первую очередь это примеси: содержание серы, металлов, некоторых других вредных веществ — они изначально есть в нефти, и процессы нефтепереработки полностью выбить эти вредные примеси никак не могут. При помощи больших усилий удается достигнуть степеней очистки по стандартам, которые могут именоваться Евро-5, Евро-6, в будущем и Евро 7. Но в любом случае сера там все-таки есть. Что это такое? Это выбросы, это запах.

Кроме того, углеводороды разнообразны: они могут быть линейными, разветвленными, циклическими, могут быть ароматические углеводороды, то есть углеводороды, которые основаны на циклах, в которых присутствует так называемая ароматическая система, перескакивающая углерод-углеродная связь, если совсем просто объяснять. Так вот, углеводороды разных, как говорят нефтяники, групп (тут интересно: химия и нефтепереработка смыкаются, для одного и того же — разные слова), обладая похожими топливными свойствами, обладают совершенно разным запахом, разным действием на человеческий организм, разной вязкостью и тому подобными способами. В результате всего этого хлебнуть нефтяного бензина самой высшей марки — это гарантированно отравиться, хлебнуть синтетический бензин — нам ничего не будет: он нейтрален, там нет ядовитых веществ, нет смол, нет ароматики, нет ничего плохого. Это важно.

И поэтому, если говорить о проблемах, которые уже решает и будет решать синтетическое топливо, это проблемы такие: первое — улучшение экологической обстановки в городах, особенно в больших городах, уменьшение опасности присутствия ядовитых компонентов топлива в среде — не только выхлопов, но и вообще в среде. Задача избавления от нефти как единственного источника углеводородного топлива, то есть возможность использования газа как самого доступного и чистого на сегодняшний день ископаемого источника углерода, угля, древесины, даже городских отходов. То, как достигаются такие замечательные свойства синтетического топлива и какие именно химические реакции обеспечивают замечательные экологические, дружественные его свойства, почему оно превосходит топливо из нефти, — это вопрос, относящийся уже к современным технологиям получения синтетических топлив. Таких технологий развивается несколько. Работает над ними большое количество научных инженерных групп в самых разных странах мира: от Соединенных Штатов Америки до Японии и от России до Эмиратов и Катара. Но это совсем другая история.

lenta.co

Синтетическое топливо — WiKi

Сравнение синтетического топлива и обычного дизельного топлива. Синтетическое топливо заметно чище из-за отсутствия серы и примесей

Синтетическое топливо — углеводородное топливо, которое отличается от обычного топлива процессом производства, то есть, получаемое путём переработки исходного материала, который до переработки имеет неподходящие для потребителя характеристики.

Как правило, этот термин относится к жидкому топливу, полученному из твердого топлива (угля, опилок, сланцев) либо из газообразного топлива. Такие процессы, как, например, процесс Фишера — Тропша, использовались государствами, не имеющими доступа к жидкому топливу.

История

  NYMEX цены на нефть West Texas Intermediate

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени, до 50% в отдельные годы[1], удовлетворяла свои нужды в топливе за счет создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Как считал «личный архитектор Гитлера» Альберт Шпеер, в техническом отношении Германия потерпела поражение 12 мая 1944 года, когда вследствие массированных бомбардировок союзников было уничтожено 90 % заводов, производящих синтетическое горючее[2]. Аналогично этому, Южная Африка с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена Апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать несмотря на международные санкции.

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии и поэтому иногда такие компании производят «синтетическое топливо» из смеси угля с биологическими отходами. Такие методы получения государственных субсидий подвергаются критике со стороны «зелёных», как пример злоупотребления особенностями налоговой системы корпорациями. Синтетическое дизельное топливо, получаемое в Катаре из натурального газа, отличается низким содержанием серы и поэтому оно смешивается с обычным дизельным топливом для уменьшения в такой смеси уровня серы, что необходимо для маркетирования дизельного топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например в Калифорнии).

«  Синтетическое жидкое топливо и газ из твердых горючих ископаемых производят сейчас в ограниченном масштабе. Дальнейшее расширение производства синтетического топлива сдерживается его высокой стоимостью, значительно превышающей стоимость топлива на основе нефти. Поэтому сейчас интенсивно ведется поиск новых экономичных технических решений в области синтетического топлива. Поиск направлен на упрощение известных процессов, в частности, на снижение давления при ожижении угля с 300—700 атмосфер до 100 атмосфер и ниже, увеличение производительности газогенераторов для переработки угля и горючих сланцев и также разработку новых катализаторов синтеза метанола и бензина на его основе. » 

Сейчас использование технологии Фишера – Тропша возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 долл. за баррель.[3]

Нетрадиционная нефть

Природные битумы — это составная часть горючих ископаемых. Битумы содержат значительно больше водорода чем уголь и поэтому производство жидкого топлива из битума может быть гораздо проще и может стоить существенно меньше чем производство жидкого топлива методом Фишера — Тропша. Горючий сланец - это полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Битуминозные пески Ориноко (нефтеносные пески Ориноко) являются депозитами нетрадиционной нефти в виде горючих сланцев в районе реки Ориноко в Венесуэле, которая течет к венесуэльско-бразильской границе и впадает в Атлантический океан. Битуминозные пески Ориноко считаются одним из двух крупнейших месторождений нетрадиционной нефти (второе, Битуминозные пески Атабаски, расположено в Канаде).

«По разным оценкам, в мировых запасах сланца содержится от 550 до 630 миллиардов тонн сланцевой смолы (искусственной нефти), то есть в 4 раза больше, чем все разведанные запасы натуральной нефти»

Э. П. Волков, академик РАН.[4]

Спирты

В последнее время растет роль спиртов, как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).

Этанол

Этанол может использоваться как топливо, в т. ч. для ракетных двигателей, двигателей внутреннего сгорания в чистом виде. Ограниченно в силу своей гигроскопичности (отслаивается) используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Применяется для выработки высококачественного топлива и компонента бензинов — Этил-трет-бутилового эфира, более независимого от ископаемой органики, чем МТБЭ.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40 % своих потребностей в топливе за счёт спирта[6], благодаря высоким урожаям сахарного тростника и низкой стоимости рабочей силы. Биотопливо формально не приводит к выбросам парникового газа: в атмосферу возвращается углекислый газ (CO2), изъятый из неё в ходе фотосинтеза.

Однако резкий рост производства биотоплива требует больших территорий для посева растений. Эти территории или расчищаются путём сжигания лесов (что приводит к огромным выбросам углекислого газа в атмосферу), или за счёт фуражных и пищевых культур (что приводит к росту цен на продовольствие).[7]

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур EROEI (отношение полученной к потраченной энергии) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5. Вопреки распространённому мнению, это верно не для всех культур: так, у сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла 9.[8]

Ежегодно на нашей планете образуется около 200 млрд т растительной целлюлозосодержащей биомассы. Биосинтез целлюлозы — самый крупномасштабный синтез в прошлом, настоящем и по крайней мере в ближайшем будущем. Но в связи с увеличивающимися потребностями человечества в ресурсах нельзя точно утверждать, что синтез целлюлозы будет самым масштабным и в будущем, например и через 50 лет. Для сравнения производство стали во всем мире на 2009 год составило 1,3 млрд т, а мировая добыча нефти на 2006 год составляла 3,8 млрд т в год.

По ориентировочным оценкам мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти быстро истощаются, в то время как в результате естественного прироста запасы древесины увеличиваются. Значительным резервом повышения ресурсов древесного сырья является увеличение выхода целевых продуктов из древесины. Переработка биомассы растительного сырья базируется в основном на сочетании химических и биохимических процессов. Гидролиз растительного сырья — наиболее перспективный метод химической переработки древесины, так как в сочетании с биотехнологическими процессами позволяет получать мономеры и синтетические смолы, топливо для двигателей внутреннего сгорания и разнообразные продукты для технических целей.

Общее производство биотоплива (биоэтанола и биодизеля) в 2005 году составило около 40 млрд л.

В марте 2007 года японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.[9]

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле (не путать с биодизелем) увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту числа респираторных заболеваний и астмы.[10]

Метанол

Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемом в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средствах, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использование метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензину существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии, которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal[11]). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след»[12], чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Бутиловый спирт

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Твердое и газообразное топливо

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живет около половины мирового населения) [13]. Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины предлагается внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2-3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов — степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 % или цеолитов — селективность процесса близка к 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного 38-53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобалонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

См. также

Ссылки

Примечания

  1. ↑ Peter W. Becker. The Role of Synthetic Fuel In World War II Germany, implications for today? (англ.). Air University Review, July-August 1981. — «Still, between 1938 and 1943, synthetic fuel output underwent a respectable growth from 10 million barrels to 36 million. The percentage of synthetic fuels compared to the yield from all sources grew from 22 percent to more than 50 percent by 1943. ... At the peak of their synthetic fuel production in 1943, when half of their economy and their armed forces ran on synthetic fuel, the Germans produced 36,212,400 barrels of fuel a year». Проверено 24 мая 2015.
  2. ↑ Ф. В. фон Меллентин. Бронированный кулак вермахта. Смоленск: «Русич», 1999. 528 с. («Мир в войнах») ISBN 5-8138-0088-3
  3. ↑ Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды, уровень которого составляет от 5 до 7 галлонов на каждый галлон полученного топлива.
  4. ↑ ТОРЖЕСТВЕННОЕ ВРУЧЕНИЕ ПРЕЗИДЕНТОМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДМИТРИЕМ МЕДВЕДЕВЫМ ПРЕМИЙ «ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ». Э. П. Волков., 2008, стр 10[неавторитетный источник?]
  5. ↑ Internal Combustion Engines, Edward F. Obert, 1973
  6. ↑ Коммерческая биотехнология | Спирт вместо бензина: бразильский эксперимент
  7. ↑ От биотоплива пока больше вреда, чем пользы // Алексей Гиляров
  8. ↑ http://www.worldwatch.org/system/files/EBF008_1.pdf
  9. ↑ Морские водоросли в качестве биологического топлива. 22 марта группа японских ученых опубликовала детали плана по массовому производству этанола из культивируемых морских водорослей
  10. ↑ Авто@Mail.Ru
  11. ↑ Energy Citations Database (ECD) — — Document #6329346
  12. ↑ en:Carbon footprint
  13. ↑ YouTube — Fuel Briquettes

ru-wiki.org


Смотрите также