Установка синтетическая нефть


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.ru

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 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 (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 «» (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 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

encyclopaedia.bid

Перспективная синтетика - RCC.ru

Нехватка углеводородного сырья в отдельных частях нашей планеты дала жизнь и развитие технологиям GTL и CTL. Отечественные ВИНКи справедливо проявляют сдержанный интерес к существующим разработкам и делать инвестиции не спешат. Будет ли Россия участвовать в эволюции производства синтетического топлива? Кто из нефтянников станет первым?

Международная конференция компании CREON Energy «Технологии GTL и CTL 2013» состоялась 27 марта в Москве. Партнером мероприятия выступила компания «Энергокаскад». Конференция прошла при поддержке «ВНИИ НП», Общероссийской Общественной Организации «Деловая Россия» и «Российского газового общества». 

 Львиная доля сказанного на данном мероприятии будет под грифом «со слов». Со времени появления первой установки GTL сменилось три поколения производства с большой палитрой побочных продуктов. Действительно ли четвертое поколение GTL технологий позволит открыть для энергетических компаний уникальную возможность по диверсификации своих доходов? Оценить эволюционный потенциал производства жидкого синтетического топлива в России пригласил участников конференции глава группы CREON Фарес Кильзие.

Обзор технологий по производству жидкого синтетического топлива представил Владимир Мордкович, научный директор «ИНФРА Технологии», заведующий отделом новых химических технологий и наноматериалов ФГБНУ «ТИСНУМ». Процесс GTL (CTL) основывается на первичном превращении углеводородов (угля) в синтез-газ (смесь углекислого газа и водорода) и синтезе Фишера-Тропша – каталитическом процессе с большим экзотермическим эффектом. Селективность данного процесса, а также устойчивость катализаторов сильно зависят от температуры. В результате требования к теплообмену и ведению процесса в целом очень высоки, это одна из причин, затрудняющих промышленное внедрение GTL технологий. В результате синтеза Фишера-Тропша получается не одно углеводородное соединение, а несколько продуктов реакции со сложным молекулярно-массовым распределением: воски, светлые искусственные нефтяные фракции или синтетическая нефть. Необходимо делать производство узконаправленным, над этим трудятся разработчики четвертого поколения GTL и CTL технологий.

 Идея создания жидкого топлива из угля или газа возникла для решения политических задач, изначально не имея экономических предпосылок: в 30-х годах прошлого столетия Германия нуждалась в топливной независимости при отсутствии природных запасов нефти. Вторая волна развития технологий пришлась на 50-е годы в находящейся в послевоенной изоляции ЮАР. Третье поколение было вызвано к жизни нефтяным кризисом 70-х годов, когда к разработкам компании Sasol присоединились нефтяные корпорации Shell, Exxon, Mobil и BP. Современные промышленные производства  основываются на разработках этого периода. В 2006 году Sasol запущен завод в Катаре с удельным выходом 444 кг жидких продуктов на 1000 м3 газа, при потреблении более 3 млрд. м3 обработанного газа в год. Завод Pearl Shell, запущенный в 2011 году потребляет более 15 млрд. м3 сырого газа в год с удельным выходом 440 кг жидкой продукции на 1000 м3. Преодоление  недостатков технологий третьего поколения выливается в крупные капиталовложения, однако рынок уже на пороге выхода четвертого поколения технологий, когда строительство GTL и СTL установок может быть обусловлено экономической выгодой. Ключевые направления развития инжиниринговых решений следующие: кардинальное упрощение технологической схемы за счет получения монопродукта, в результате радикальное снижение удельных капиталовложений за счет компактности и простоты установок, плюс эффективная утилизация тепла и материальных потоков. В перспективе появление дополнительных производственных возможностей, таких как: монетизация ПНГ и газа отдаленных и низконапорных месторождений путем реализации синтетического топлива и нефти, переработка газа в жидкость непосредственно на морских платформах, корабельные установки GTL, «откупоривание» месторождений высоковязкой нефти.

На Ямале в настоящее время ведется активная работа по продвижению проекта строительства завода по производству синтетических жидких топлив из низконапорного природного газа, одобренного Минрегионом, как якорный проект модернизации экономики моногорода Надым. Об этом рассказал заведующий сектором эффективности муниципального управления администрации МО Надымский район Владимир Яметов.  Площадка для будущего строительства площадью около 250 га расположена в 37 км от г. Надым в непосредственной близости от пересечения магистральных газопроводов крупнейших месторождений Надым-Пур-Тазовского региона. Запасы  низконапорного газа данных промысловых объектов оцениваются в 4 трл.м3.  По словам докладчика, завод рассчитан на выпуск 6 млн. тонн продукции в год, из которой 1 млн. тонн будет достаточно для покрытия нужд региона, остальные 5 млн. тонн будут направлены на экспорт. В 2015 году планируется запуск транспортной схемы «Северный широтный ход», которая создаст необходимую для начала реализации проекта логистическую инфраструктуру. Кроме того, г-н Яметов подчеркнул полезные потребительские свойства синтетического дизельного топлива, которое, в отличие от нефтяного, не замерзает при температуре ниже -40. Это является важным для освоения высокоширотных газоконденсатных месторождений Ямальского полуострова и шельфа морей Ледовитого океана, что, в свою очередь, позволит обеспечить широкомасштабное экономическое присутствие России в Арктике.

Наибольший интерес технологии GTL вызывают в области использования ПНГ, сжиженного углеводородного и просто природного газа там, где нет возможности его транспортировки, считает начальник управления департамента добычи и переработки газа и конденсата компании «Новатэк» Станислав Шевкунов. По его словам, освоение GTL  производства должно проходить в четыре этапа. Применение наиболее простых и известных технологий, их отработка на разных катализаторах и различных составах исходного сырья, адаптация газохимии к условиям промысла и обучение профессиональных специалистов в данной области.  Докладчик особо отметил, что необходимо восстанавливать отечественный инжиниринг, несмотря на наличие богатого международного опыта в области GTL. Одной из основных задач, стоящих перед компанией, он видит создание собственной запатентованной базы технических решений для промысловых объектов. Помимо этого, г-н Шевкунов представил вниманию собравшихся технологию совместного получения метанола и синтетического жидкого топлива на базе малотоннажного производства, интегрированного непосредственно в объекты добычи.

В ходе возникшей дискуссии идею развития собственной технологической базы активно поддержали все участники мероприятия. Также было отмечено, что производство синтетического жидкого топлива в мировом масштабе демонстрирует устойчивую тенденцию роста. Относительно российских реалий, по ходу обсуждения выяснилось, что у большинства отечественных нефтяных компаний сейчас нет однозначного виденья по применению технологий GTL и CTL. Есть понимание, что это сложный и дорогой процесс. ВИНКи изучают рынок, прицениваются к проектам, рассматривают лучшие предложения, в том числе и российских инжиниринговых компаний.

По расчетам старшего менеджера управления координации газоэнергетической деятельности и продаж продуктов нефтехимии и газопереработки компании «Лукойл» Ахмеда Гурбанова после 2025 года в связи с падениями темпов нефтедобычи прогнозируется дефицит топлива на основе нефти. Так что в долгосрочном периоде производство синтетического топлива достаточно перспективно. На сегодняшний день потенциальная выгода от применений технологий GTL не покрывает возможных рисков, считает он. В ближайшее время возможным вариантом развития GTL направления на предприятиях компании представитель «Лукойл» назвал монетизацию ПНГ, в частности, небольших ресурсов, удаленных объектов и объектов с неразвитой инфраструктурой. 

Менеджер по развитию бизнеса «ТНК-ВР» Айк Назарян отметил, что компания не ведет и не финансирует НИОКР в данной сфере, однако тщательно изучает имеющиеся на рынке возможности. Практическое внедрение технологии GTL возможно только при условии положительного NPV проекта. Предлагаемая GTL технология должна гарантировать выпуск стандартной продукции, соответствующей ТУ, ГОСТ или ОСТ. В случае предложения по производству синтетической нефти лицензиар обязан предоставить либо согласие «Транснефти» на закачку данного продукта в систему магистральных нефтепроводов, либо проработанную схему реализации, например, подписанное потенциальным покупателем соглашение о намерениях. Так, проведенная «ТНК-ВР» коммерческая оценка различных технологий GTL показала, что при существующем налоговом режиме РФ и текущей стадии развития мало- и среднетоннажных технологий GTL, позитивную экономику для практически всех рассмотренных объектов имеют только заводы по производству топливных продуктов. Выпуск синнефти не является экономически выгодным. На сегодняшний день основным вариантом участия в строительстве пилотной  GTL установки «ТНК-ВР» видит предоставление площадки на месторождении, куда приходит инвестор либо компания-производитель, которые получают гарантии на поставку газа и строят установку. Если данная установка работает на заявленных характеристиках, тогда можно говорить о ее возможном выкупе и запуске собственного проекта.

Начальник отдела инжиниринга «РН-ЦИР» Сергей Медведев дал краткую информацию о состоянии проекта по строительству опытно-промышленной установки GTL на базе Новокуйбышевского НПЗ. Проект предусматривает отработку технологии по выработке из природного газа широкой линейки продукции GTL, от синтетической нефти до набора топливных компонентов, проект находится на стадии предпроектной подготовки, ориентировочно работы по обкатке технологии могут начаться в 2015-2016 годах.

Далее представители ведущих российских энергетических компаний и научно-исследовательских организаций рассказали о своих разработках в области GTL и CTL технологий.  Большое количество стран обладает колоссальными ресурсами угля, поэтому рано или поздно мир придет к широкому использованию CTL технологий, считает главный научный сотрудник «Газпром промгаз» Ефим Крейнин. Он презентовал метод подземной газификации угля (ПГУ) как возможный вариант производства жидкого синтетического топлива. ПГУ представляет собой технологию нового поколения, которая отличается высокой управляемостью и стабильностью, что позволяет говорить о ее применении в масштабах крупных промышленных предприятий. Одной из разновидностей комплексного энергохимического решения  является установка «ПГУ-CTL», основанная на синтезе Фишера-Тропша из газа ПГУ. По словам докладчика, благодаря существующим инженерным решениям реализовать такое предприятие на практике возможно,  по расчетам срок окупаемости проекта не превысит 5 лет. Однако инвесторы проявлять активный интерес пока не спешат.

В поставках оборудования для объектов GTL и CTL готово участвовать большинство отечественных машиностроительных предприятий, полагает заместитель директора департамента продаж шаровых резервуаров «Уралхиммаш» Валерий Мерзляков. Он представил обзор российской продукции для производства, транспортировки и хранения синтетического жидкого топлива.

Директор по научной работе Института плазмохимических технологий, главный научный сотрудник Института теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН Равель Шарафутдинов рассказал о разработке струйного плазмохимического метода для GTL. Исключение из существующей технологии GTL стадии получения синтез-газа и переход к прямой переработке природного или попутного газа в жидкие товарные продукты станут ключевыми моментами данного метода.

С докладом о применении газовых турбин в мало- и среднетоннажных установках GTL выступил заместитель генерального директора «РНТ» Сергей Филипченко. Новая технология позволяет перерабатывать биогаз, газ органических отходов, сланцевый, низконапорный природный и попутный нефтяной газ различного состава по объемам запасов от 280 млн. до 7 млрд. м3. Относительно опытной и промышленной реализации технологии спикер с сожалением отметил, что на данный момент российские компании желания инвестировать в данный проект не проявляют. Однако есть живой интерес со стороны иностранных компаний. В частности, уже подписан договор по строительству малотоннажных GTL установок в Африке (на территории Ганы и Анголы).

По мнению заведующего отделом базовых и товарных масел «ВНИИ НП» Олега Цветкова, для российского рынка технологии «газ в жидкость» интересны в первую очередь с точки зрения переработки ПНГ, а также для получения продуктов вторичной переработки из синтетической нефти, обладающих более интересными свойствами по сравнению с продуктами из натуральной нефти. Так, моторные масла на синтетической основе GTL позволяют увеличить интервалы замены масла и понизить расход топлива, увеличив ресурс работы ДВС. Г-н Цветков рассказал о возможностях GTL для производства базовых масел, подчеркнув, что внедрение таких технологий в промышленном масштабе  возможно только при содействии государства и активном участии ВИНКов.

Член Экспертного совета CREON Energy Михаил Левинбук отметил, что Россия обладает богатыми запасами традиционных природного газа и нефти и развитой трубопроводной транспортной инфраструктурой, это позволяет говорить о возможностях строительства крупных GTL мощностей. Производство синтетического топлива экономически рентабельно при больших объемах выпускаемой продукции. Моторное топливо на основе синтетической нефти может частично обеспечить автомобильный рынок топливом плюс сохранить запасы натуральной нефти, фокус переработки которой будет перенаправлен на получение сырья для нефтехимии.

Активное участие в диалоге представителей ведущих российских ВИНКов говорит об уже сформировавшемся интересе к жидкому синтетическому топливу. Вместе с тем, нашим иностранным коллегам придется прикладывать значительно больше усилий для внедрения новых технологий в российскую жизнь. Появившийся в отечественных компаниях класс высокопрофессиональных топ-менеджеров будет тщательно анализировать предлагаемые нововведения, это ярко продемонстрировали выступления управленцев из «Новатэка» и «Роснефти», заключил глава группы CREON Фарес Кильзие.

rcc.ru

Синтетическое горючее – триумф высоких технологий

Мы уже рассказывали нашим читателям о технологии GTL (газ в жидкость) по переработке природного и попутного газа в синтетическое топливо. Но это не единственная технология получения синтетической нефти. Сегодня мы расскажем более подробно о подобных технологиях, а также о том, какую роль в них играют высокоэффективные катализаторы.

Без нефтяного моторного топлива – бензина, керосина, дизельного топлива – современную цивилизацию представить себе просто невозможно. На нём работают двигатели автомобилей, самолётов, ракет. Однако запасы нефти в недрах земли ограничены, и ещё не так давно многие эксперты считали, что человечество неизбежно столкнётся со всеобщей нехваткой моторного горючего. Но оказалось, что впадать в отчаяние рано: закат нефтяной эры если и наступит, то очень не скоро. Разрабатываются новейшие технологии, которые позволят добывать не только легкодоступные углеводороды, но и трудноизвлекаемые запасы нефти и газа. Кроме того, есть серьёзная альтернатива: учёные разработали методы получения высококачественного моторного топлива из природного газа, угля и другого ненефтяного сырья.

Вспомним, что промышленная добыча нефти началась более 150 лет назад. За прошедшие с тех пор полтора века человечество уже израсходовало более половины запасов так называемой лёгкой нефти. Вначале нефть использовалась в качестве источника тепловой энергии, теперь это стало экономически невыгодно. С наступлением автомобильной эры продукты фракционирования нефти в основном применяются в качестве моторного топлива. Чем больше истощаются запасы нефтяных месторождений, тем рентабельней становится производство синтетической нефти.

Что можно получить из нефти

Нефть – это смесь углеводородов (алканов и циклоалканов). Простейший алкан – газ метан. Кроме метана нефть содержит и некоторые сернистые и азотистые примеси. Например, бензин – легкокипящая фракция нефти, содержащая короткоцепочечные углеводороды с 5–9 атомами. Это основной вид моторного топлива для легковых автомобилей и небольших самолётов. Керосины более вязкие и тяжёлые, чем бензин: они состоят из углеводородов с 10–16 атомами углерода. Керосин стал основным видом топлива для реактивных самолётов и ракетных двигателей. Газойль – более тяжёлая фракция, чем керосин. Дизельное топливо для двигателей, установленных на тепловозах, грузовиках, тракторах, содержит смесь фракций керосина и газойля. Истощение природных нефтяных месторождений вовсе не грозит человечеству тотальным дефицитом моторного топлива. Вещества, по химическому составу похожие на бензин, керосин или дизельное топливо, вполне можно получить из углеродного сырья ненефтяного происхождения. Химики решили эту задачу ещё в 1926 году, когда немецкие учёные Ф. Фишер и Г. Тропш открыли реакцию восстановления монооксида углерода (СО) при атмосферном давлении. Оказалось, что в присутствии катализаторов можно синтезировать в зависимости от соотношения водорода и монооксида углерода в газовой смеси жидкие и даже твёрдые углеводороды, по химическому составу близкие к продуктам фракционирования нефти. Смесь монооксида углерода и водорода, получившую название «синтез-газ», довольно легко получить из природного сырья: пропусканием водяного пара над углём (газификация угля) или конверсией природного газа (состоящего в основном из метана) водяным паром в присутствии металлических катализаторов. Синтез-газ образуется не только из угля и метана. Очень перспективны биотехнологические методы: термохимическая или ферментативная переработка отходов растительного сырья (биомассы) и конверсия газа, полученного путём разложения органических отходов, так называемого биогаза.

Горючее – из угля и газа

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени удовлетворяла свои нужды в топливе за счёт создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Южно-Африканская Республика с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать, несмотря на международные санкции.

Технологии производства синтетической нефти из угля активно развиваются компанией Sasol в ЮАР. Метод химического сжижения угля к состоянию пиролизного топлива был использован ещё 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 определённых температурных режимах и насыщении угля водородом уголь в значительном объёме переходит в жидкое состояние (процесс гидрогенизации). 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). Sasol развивает производства синтетической нефти во многих странах мира, например, заявлено о строительстве заводов синтетической нефти в Китае, Австралии и США. Первый завод Sasol был построен в промышленном городе ЮАР Сасолбурге, первым заводом по производству синтетической нефти в промышленных масштабах стал Oryx GTL в Катаре в городе Рас-Лаффан, компания запустила в эксплуатацию завод Secunda CTL в ЮАР, участвовала в проектировании завода Escravos GTL в Нигерии совместно с Chevron.

Работы по получению бензина из бурого угля до войны велись и в Советском Союзе, но до промышленного производства дело не дошло. В послевоенные годы цены на нефть упали, и потребность в синтетическом бензине и других топливных углеводородах на какое-то время отпала. Теперь же в связи с уменьшением нефтяных запасов планеты исследования в этой области химии переживают своё «второе рождение».

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии, иногда такие компании производят «синтетическое топливо» путём смеси угля с биологическими отходами производства. 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 и продажи такого топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например, в Калифорнии).

Синтетическое жидкое топливо и газ из твёрдых 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 ведётся 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.

Весьма интересно, что ряд учёных считают, что у метанола хорошие перспективы заменить ископаемое топливо и биотопливо.

Наша справка

Экономика метанола – это гипотетическая энергетическая экономика будущего, при которой ископаемое топливо будет заменено метанолом. В 2005 году лауреат Нобелевской премии Джордж Ола опубликовал свою книгу Oil and Gas: The Methanol Economy, в которой обсудил шансы и возможности экономики метанола. В книге он рассказывает о перспективах синтеза метанола из углекислого газа (CO2) или метана.

Биотопливо – бразильский фактор

Питьевой спирт этанол может использоваться как топливо для ракетных двигателей и двигателей внутреннего сгорания прямо в чистом виде. Его недостаток – высокая гигроскопичность, потому он используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Этанол получают в странах Латинской Америки из целлюлозосодержащей биомассы – сахарного тростника, например, и называют биотопливом.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40% своих потребностей в топливе за счёт спирта 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.

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур коэффициент EROEI (отношение полученной энергии к потраченной) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5.

Выгоднее всего получать биотопливо из сахарного тростника и пальмового масла. У сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла – 9.

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

В 2007 году японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.

По ориентировочным оценкам, мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти 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.

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту количества респираторных заболеваний и астмы.

Синтетическая нефть – перспективы и технологии

Если сопоставить эти тенденции с тем фактом, что качественного природного угля на планете осталось не так уж много, то неудивительно, что первостепенное внимание учёных привлекает природный и попутный газ, огромное количество которого при нефтедобыче просто уходит в атмосферу. Производство синтетического жидкого топлива из природного газа очень выгодно экономически, поскольку газ трудно транспортировать: на его перевозку обычно затрачивается от 30 до 50% стоимости готового продукта. Превращение газа прямо на месторождении в жидкие компоненты значительно снизит объём капиталовложений, затрачиваемых на его переработку.

Существующие технологии позволяют перерабатывать природный газ в высококачественные бензин и дизельное топливо через стадию образования метанола. Производство по такой схеме довольно удобно, поскольку все реакции протекают в одном реакторе. Но эта цепочка химических превращений требует больших затрат энергии. В результате полученный синтетический бензин в 1,8–2,0 раза дороже «нефтяного».

Есть и более рентабельные схемы. Можно получать синтетический бензин не через стадию образования метанола, а из другого промежуточного вещества – диметилового эфира (ДМЭ). Это нетрудно сделать, увеличив долю окиси углерода в синтез-газе. Важно то, что ДМЭ можно использовать как экологически чистое топливо для двигателей внутреннего сгорания. Он хорош тем, что полностью укладывается в рамки самых жёстких европейских требований по содержанию твёрдых частиц в автомобильных выхлопах. По теплотворной способности ДМЭ уступает традиционному дизельному топливу – пропану и бутану, но его цетановое число (характеристика воспламеняемости) гораздо выше: для обычного дизельного топлива оно 40–55, а для ДМЭ – 55–60. Так что преимущество ДМЭ перед дизельным топливом при запуске холодного двигателя очевидно. Кроме того, для горения ДМЭ необходимо меньше кислорода, чем для горения дизельного топлива.

В присутствии специально разработанных катализаторов ДМЭ превращается в очень неплохой бензин с октановым числом 92. Вредных примесей в нём меньше, чем в нефтяном топливе. Такой синтетический бензин вполне конкурентоспособен даже на европейском рынке. Новый способ получения синтетического топлива намного экономичнее и эффективнее классического «метанольного». Российскими учёными из ряда институтов РАН созданы экспериментальные генераторы синтез-газа, представляющие собой немного модифицированный дизельный двигатель. На входе – природный газ метан, который в генераторе превращается в синтез-газ. Далее синтез-газ в присутствии специально разработанных катализаторов преобразуется в топливные углеводороды. Поворотом крана можно запустить производство необходимого конечного продукта и по желанию получить на выходе метанол, ДМЭ, смесь углеводородов, аналогичных дизельному топливу, синтетический бензин. Экономическую выгоду от промышленного внедрения такого процесса трудно переоценить.

Чем выше температура реакции превращения метана в синтез-газ, тем выше производительность реактора. Обычные технологии не могут справиться с задачей проведения реакции при высоких температурах. Тут на помощь приходят ракетные технологии. Одной из наиболее перспективных разработок последних лет можно назвать высокотемпературный генератор синтез-газа, созданный при участии Института нефтехимического синтеза РАН в Приморске на опытном полигоне ракетно-космической корпорации «Энергия». Генератор создан по образу и подобию ракетного двигателя, поэтому его оболочка устойчива к воздействию высоких температур. Полученный в реакторе синтез-газ последовательно преобразовывается по новой эффективной схеме, описанной выше, в ДМЭ и бензин.

Катализаторы творят чудеса

Мы уже рассказывали нашим читателям о катализаторах – веществах, которые сами не участвуют в химических реакциях, но ускоряют их. Катализаторы позволяют добиваться совершенно удивительных эффектов. Например – получать синтетическое топливо из углекислого газа. Углекислый газ (CO2) является соединением со стабильной молекулой, которая имеет слабую химическую активность. Для того чтобы сделать углекислый газ сырьём для производства синтетического топлива, нужно расщепить молекулу и получить молекулу угарного газа (CO), достаточно активного химического вещества, которое можно использовать для получения метана, метанола или других видов альтернативного топлива. Исследования, произведённые различными учёными, показали, что для расщепления молекул углекислого газа могут использоваться катализаторы на основе золотой фольги, но они малоэффективны. Помимо этого золотой катализатор воздействует и на молекулы воды, что приводит к появлению нежелательных побочных водородосодержащих соединений. Учёным из американского университета Брауна (Brown University) удалось успешно решить проблему, создав высокоэффективный катализатор на основе золотых наночастиц строго определённых размеров и формы.

Производя исследования работы золотых катализаторов, учёные обнаружили, что ключевую роль в каталитических процессах играют атомы золота, расположенные на краях острых золотых граней. Кроме этого, огромную роль в выборочном действии катализатора играла длина граней. Дальнейшие исследования привели учёных к созданию многогранных золотых наночастиц, размер которых составлял точно восемь нанометров. Катализатор с такими наночастицами показал 90%-ный уровень расщепления молекул углекислого газа на атом кислорода и молекулу угарного газа.

В лабораториях РН-ЦИР учёные ОАО «НК «Роснефть» успешно работают по исследованию эффективных способов получения синтетической нефти с применением современных катализаторов. 

lgz.ru

в Екатеринбурге бизнесмен стал добывать нефть из мусора

Синтетическая нефть, получаемая из пластика.class="_">

Екатеринбургский предприниматель Вячеслав Зелинский может смело называть себя нефтяником – без шуток, он в качестве эксперимента "добывает" "чёрное золото" в небольшом ангаре в окрестностях города. По 7,5 барреля (1 200 литров) в неделю. Пока энтузиасты тщетно пытались найти нефть в Свердловской области традиционно – под землёй, Вячеслав обнаружил её гораздо ближе – в мусорном контейнере.

Синтетическую нефть он получает из пластика, который в России никто больше (по его словам), не перерабатывает. В прошлом репортаже о сборе таких отходов мы рассказывали, что для переработки не подходят, например, упаковки от тортов и яиц, бутылки из-под подсолнечного масла, подложки, в которых продаются полуфабрикаты. Их сборщики отправляют на свалку. Вячеслав же пошёл от обратного и стал думать, как можно использовать именно этот мусор.

– Мы с напарником решили заняться сбором пластика в мае 2014 года, когда в Екатеринбурге ещё никто этого не делал, – рассказал бизнесмен. – Перед этим объехали несколько городов, где занимаются сбором пластмассы, общались с предпринимателями, изучали опыт, чтобы понять, выгодно это или нет. После всех встреч появилось понимание: 50% того, что попадает в сетку, это ПЭТ-бутылка, востребованная для переработки, а еще 50% – бросовая пластмасса типа полиэтилена, упаковок, бутыльков разных, баночек из-под йогуртов – это никто не перерабатывает, всё отвозят на свалку. Так появилась идея заняться именно этим пластиком.

Опыта превращения полистирола, полипропилена, полиэтилена, сделанных из продуктов нефтехимии, обратно в нефть, в России не было, уверяет Вячеслав. Но он нашёлся в других странах. Изучив разные предложения, бизнесмены остановились на пиролизной ("сжигание" без доступа кислорода) установке из Кореи – она была самой недорогой и обошлась в 500 000 долларов.

– Это экспериментальная установка, мы заказали её в мае 2014 года, а запустили в июле 2015-го, ждали, когда её изготовят специально для нас. Обычно они рассчитаны на большие объёмы – до 16 тонн в день, а наша всего на одну тонну, – рассказал Вячеслав. – Если по-простому, она работает по принципу самогонного аппарата. Разложение углеводородов при отсутствии кислорода.

Пластик для переработки предприниматель собирает в 160 сетках, установленных в Чкаловском районе Екатеринбурга. Раз в неделю машина привозит содержимое контейнеров в небольшой цех, где двое рабочих отбирают из него ПЭТ-бутылку (из-под газировки, пива), она отправляется на предприятие, которое изготавливает упаковочную ленту. Всё остальное идет в печь – чтобы стать нефтью. По словам Вячеслава, нет такого пластика, который для этого не пригоден, поэтому в его сетки можно кидать и упаковки от тортов, и бутылки от масла.

Тонна нужного мусора набирается за неделю, из неё получается примерно 600 литров синтетической нефти, или 3,77 барреля. Технологический процесс переработки занимает 12 часов, потом ещё день оборудование остывает. Пока он запускает установку дважды в неделю.

Полученную на выходе синтетическую нефть можно использовать в качестве печного топлива, говорит Вячеслав, но она довольно дешёвая, и потому он ищет "секретный ингредиент", чтобы превратить её в более дорогой продукт.

– Мы работаем над фильтрацией топлива, пробуем разные сорбенты, чтобы очистить его, например, пытаемся получить продукт, приближенный к дизелю, – объяснил он. – Или продукт, который можно использовать в лакокрасочной промышленности. Наша конечная цель – доказать, что пластмассу можно перерабатывать в такой вид продукта.

Вячеслав называет свою "нефтедобычу" хобби и экспериментом (об основном бизнесе предпочитает не говорить), но не скрывает и коммерческого интереса – когда будет найден нужный "рецепт", продавать установки вместе с ним. И хотя с нынешними ценами на нефть, да ещё учитывая стоимость оборудования, сложно сдержать скепсис относительно перспектив идеи, энтузиазм, с которым бизнесмен рассказывает о своём "месторождении", подкупает. Опять же пара тонн мусора, который мог быть похоронен на свалке, каждую неделю уходит в переработку – тоже неплохо.

Текст: Анна ЖИЛОВАФото, инфографика: Илья ДАВЫДОВ / E1.RU

www.e1.ru

Синтетическое горючее – триумф высоких технологий

Мы уже рассказывали нашим читателям о технологии GTL (газ в жидкость) по переработке природного и попутного газа в синтетическое топливо. Но это не единственная технология получения синтетической нефти. Сегодня мы расскажем более подробно о подобных технологиях, а также о том, какую роль в них играют высокоэффективные катализаторы.

Без нефтяного моторного топлива – бензина, керосина, дизельного топлива – современную цивилизацию представить себе просто невозможно. На нём работают двигатели автомобилей, самолётов, ракет. Однако запасы нефти в недрах земли ограничены, и ещё не так давно многие эксперты считали, что человечество неизбежно столкнётся со всеобщей нехваткой моторного горючего. Но оказалось, что впадать в отчаяние рано: закат нефтяной эры если и наступит, то очень не скоро. Разрабатываются новейшие технологии, которые позволят добывать не только легкодоступные углеводороды, но и трудноизвлекаемые запасы нефти и газа. Кроме того, есть серьёзная альтернатива: учёные разработали методы получения высококачественного моторного топлива из природного газа, угля и другого ненефтяного сырья.

Вспомним, что промышленная добыча нефти началась более 150 лет назад. За прошедшие с тех пор полтора века человечество уже израсходовало более половины запасов так называемой лёгкой нефти. Вначале нефть использовалась в качестве источника тепловой энергии, теперь это стало экономически невыгодно. С наступлением автомобильной эры продукты фракционирования нефти в основном применяются в качестве моторного топлива. Чем больше истощаются запасы нефтяных месторождений, тем рентабельней становится производство синтетической нефти.

Что можно получить из нефти

Нефть – это смесь углеводородов (алканов и циклоалканов). Простейший алкан – газ метан. Кроме метана нефть содержит и некоторые сернистые и азотистые примеси. Например, бензин – легкокипящая фракция нефти, содержащая короткоцепочечные углеводороды с 5–9 атомами. Это основной вид моторного топлива для легковых автомобилей и небольших самолётов. Керосины более вязкие и тяжёлые, чем бензин: они состоят из углеводородов с 10–16 атомами углерода. Керосин стал основным видом топлива для реактивных самолётов и ракетных двигателей. Газойль – более тяжёлая фракция, чем керосин. Дизельное топливо для двигателей, установленных на тепловозах, грузовиках, тракторах, содержит смесь фракций керосина и газойля. Истощение природных нефтяных месторождений вовсе не грозит человечеству тотальным дефицитом моторного топлива. Вещества, по химическому составу похожие на бензин, керосин или дизельное топливо, вполне можно получить из углеродного сырья ненефтяного происхождения. Химики решили эту задачу ещё в 1926 году, когда немецкие учёные Ф. Фишер и Г. Тропш открыли реакцию восстановления монооксида углерода (СО) при атмосферном давлении. Оказалось, что в присутствии катализаторов можно синтезировать в зависимости от соотношения водорода и монооксида углерода в газовой смеси жидкие и даже твёрдые углеводороды, по химическому составу близкие к продуктам фракционирования нефти. Смесь монооксида углерода и водорода, получившую название «синтез-газ», довольно легко получить из природного сырья: пропусканием водяного пара над углём (газификация угля) или конверсией природного газа (состоящего в основном из метана) водяным паром в присутствии металлических катализаторов. Синтез-газ образуется не только из угля и метана. Очень перспективны биотехнологические методы: термохимическая или ферментативная переработка отходов растительного сырья (биомассы) и конверсия газа, полученного путём разложения органических отходов, так называемого биогаза.

Горючее – из угля и газа

Во время Второй мировой войны Германия в значительной степени удовлетворяла свои нужды в топливе за счёт создания производственных мощностей для переработки угля в жидкое топливо. Южно-Африканская Республика с теми же целями создала предприятие Sasol Limited, которое во времена апартеида помогало экономике этого государства успешно функционировать, несмотря на международные санкции.

Технологии производства синтетической нефти из угля активно развиваются компанией Sasol в ЮАР. Метод химического сжижения угля к состоянию пиролизного топлива был использован ещё 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 определённых температурных режимах и насыщении угля водородом уголь в значительном объёме переходит в жидкое состояние (процесс гидрогенизации). 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). Sasol развивает производства синтетической нефти во многих странах мира, например, заявлено о строительстве заводов синтетической нефти в Китае, Австралии и США. Первый завод Sasol был построен в промышленном городе ЮАР Сасолбурге, первым заводом по производству синтетической нефти в промышленных масштабах стал Oryx GTL в Катаре в городе Рас-Лаффан, компания запустила в эксплуатацию завод Secunda CTL в ЮАР, участвовала в проектировании завода Escravos GTL в Нигерии совместно с Chevron.

Работы по получению бензина из бурого угля до войны велись и в Советском Союзе, но до промышленного производства дело не дошло. В послевоенные годы цены на нефть упали, и потребность в синтетическом бензине и других топливных углеводородах на какое-то время отпала. Теперь же в связи с уменьшением нефтяных запасов планеты исследования в этой области химии переживают своё «второе рождение».

В США производители такого топлива часто получают государственные субсидии, иногда такие компании производят «синтетическое топливо» путём смеси угля с биологическими отходами производства. 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 и продажи такого топлива в тех штатах США, где существуют особенно высокие требования к качеству топлива (например, в Калифорнии).

Синтетическое жидкое топливо и газ из твёрдых 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 ведётся 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.

Весьма интересно, что ряд учёных считают, что у метанола хорошие перспективы заменить ископаемое топливо и биотопливо.

Наша справка

Экономика метанола – это гипотетическая энергетическая экономика будущего, при которой ископаемое топливо будет заменено метанолом. В 2005 году лауреат Нобелевской премии Джордж Ола опубликовал свою книгу Oil and Gas: The Methanol Economy, в которой обсудил шансы и возможности экономики метанола. В книге он рассказывает о перспективах синтеза метанола из углекислого газа (CO2) или метана.

Биотопливо – бразильский фактор

Питьевой спирт этанол может использоваться как топливо для ракетных двигателей и двигателей внутреннего сгорания прямо в чистом виде. Его недостаток – высокая гигроскопичность, потому он используется в смеси с классическими нефтяными жидкими топливами. Этанол получают в странах Латинской Америки из целлюлозосодержащей биомассы – сахарного тростника, например, и называют биотопливом.

Лидером в использовании биотоплива является Бразилия, обеспечивающая 40% своих потребностей в топливе за счёт спирта 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.

Кроме того, выращивание сельскохозяйственных культур требует больших затрат энергии. Для многих культур коэффициент EROEI (отношение полученной энергии к потраченной) лишь немного превышает единицу или даже ниже её. Так, у кукурузы EROEI составляет всего 1,5.

Выгоднее всего получать биотопливо из сахарного тростника и пальмового масла. У сахарного тростника коэффициент EROEI составляет 8, у пальмового масла – 9.

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

В 2007 году японские учёные предложили производить биотопливо из морских водорослей.

По ориентировочным оценкам, мировые разведанные запасы нефти примерно равны запасам древесины на нашей планете, однако ресурсы нефти 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.

По мнению некоторых учёных, массовое использование двигателей на этаноле увеличит концентрацию озона в атмосфере, что может привести к росту количества респираторных заболеваний и астмы.

Синтетическая нефть – перспективы и технологии

Если сопоставить эти тенденции с тем фактом, что качественного природного угля на планете осталось не так уж много, то неудивительно, что первостепенное внимание учёных привлекает природный и попутный газ, огромное количество которого при нефтедобыче просто уходит в атмосферу. Производство синтетического жидкого топлива из природного газа очень выгодно экономически, поскольку газ трудно транспортировать: на его перевозку обычно затрачивается от 30 до 50% стоимости готового продукта. Превращение газа прямо на месторождении в жидкие компоненты значительно снизит объём капиталовложений, затрачиваемых на его переработку.

Существующие технологии позволяют перерабатывать природный газ в высококачественные бензин и дизельное топливо через стадию образования метанола. Производство по такой схеме довольно удобно, поскольку все реакции протекают в одном реакторе. Но эта цепочка химических превращений требует больших затрат энергии. В результате полученный синтетический бензин в 1,8–2,0 раза дороже «нефтяного».

Есть и более рентабельные схемы. Можно получать синтетический бензин не через стадию образования метанола, а из другого промежуточного вещества – диметилового эфира (ДМЭ). Это нетрудно сделать, увеличив долю окиси углерода в синтез-газе. Важно то, что ДМЭ можно использовать как экологически чистое топливо для двигателей внутреннего сгорания. Он хорош тем, что полностью укладывается в рамки самых жёстких европейских требований по содержанию твёрдых частиц в автомобильных выхлопах. По теплотворной способности ДМЭ уступает традиционному дизельному топливу – пропану и бутану, но его цетановое число (характеристика воспламеняемости) гораздо выше: для обычного дизельного топлива оно 40–55, а для ДМЭ – 55–60. Так что преимущество ДМЭ перед дизельным топливом при запуске холодного двигателя очевидно. Кроме того, для горения ДМЭ необходимо меньше кислорода, чем для горения дизельного топлива.

В присутствии специально разработанных катализаторов ДМЭ превращается в очень неплохой бензин с октановым числом 92. Вредных примесей в нём меньше, чем в нефтяном топливе. Такой синтетический бензин вполне конкурентоспособен даже на европейском рынке. Новый способ получения синтетического топлива намного экономичнее и эффективнее классического «метанольного». Российскими учёными из ряда институтов РАН созданы экспериментальные генераторы синтез-газа, представляющие собой немного модифицированный дизельный двигатель. На входе – природный газ метан, который в генераторе превращается в синтез-газ. Далее синтез-газ в присутствии специально разработанных катализаторов преобразуется в топливные углеводороды. Поворотом крана можно запустить производство необходимого конечного продукта и по желанию получить на выходе метанол, ДМЭ, смесь углеводородов, аналогичных дизельному топливу, синтетический бензин. Экономическую выгоду от промышленного внедрения такого процесса трудно переоценить.

Чем выше температура реакции превращения метана в синтез-газ, тем выше производительность реактора. Обычные технологии не могут справиться с задачей проведения реакции при высоких температурах. Тут на помощь приходят ракетные технологии. Одной из наиболее перспективных разработок последних лет можно назвать высокотемпературный генератор синтез-газа, созданный при участии Института нефтехимического синтеза РАН в Приморске на опытном полигоне ракетно-космической корпорации «Энергия». Генератор создан по образу и подобию ракетного двигателя, поэтому его оболочка устойчива к воздействию высоких температур. Полученный в реакторе синтез-газ последовательно преобразовывается по новой эффективной схеме, описанной выше, в ДМЭ и бензин.

Катализаторы творят чудеса

Мы уже рассказывали нашим читателям о катализаторах – веществах, которые сами не участвуют в химических реакциях, но ускоряют их. Катализаторы позволяют добиваться совершенно удивительных эффектов. Например – получать синтетическое топливо из углекислого газа. Углекислый газ (CO2) является соединением со стабильной молекулой, которая имеет слабую химическую активность. Для того чтобы сделать углекислый газ сырьём для производства синтетического топлива, нужно расщепить молекулу и получить молекулу угарного газа (CO), достаточно активного химического вещества, которое можно использовать для получения метана, метанола или других видов альтернативного топлива. Исследования, произведённые различными учёными, показали, что для расщепления молекул углекислого газа могут использоваться катализаторы на основе золотой фольги, но они малоэффективны. Помимо этого золотой катализатор воздействует и на молекулы воды, что приводит к появлению нежелательных побочных водородосодержащих соединений. Учёным из американского университета Брауна (Brown University) удалось успешно решить проблему, создав высокоэффективный катализатор на основе золотых наночастиц строго определённых размеров и формы.

Производя исследования работы золотых катализаторов, учёные обнаружили, что ключевую роль в каталитических процессах играют атомы золота, расположенные на краях острых золотых граней. Кроме этого, огромную роль в выборочном действии катализатора играла длина граней. Дальнейшие исследования привели учёных к созданию многогранных золотых наночастиц, размер которых составлял точно восемь нанометров. Катализатор с такими наночастицами показал 90%-ный уровень расщепления молекул углекислого газа на атом кислорода и молекулу угарного газа.

В лабораториях РН-ЦИР учёные ОАО «НК «Роснефть» успешно работают по исследованию эффективных способов получения синтетической нефти с применением современных катализаторов. 

lgz.ru

Синтетическая нефть - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Синтетическая нефть

Cтраница 1

Синтетическая нефть может быть получена из горючих сланцев. Но все равно эти запасы углеводородного сырья ограниченны.  [1]

Синтетическая нефть и синтетические моторные топлива отличаются от углеводородных дистиллят-ных фракций природного происхождения экологич.  [2]

Свойства синтетической нефти, получаемой из природных битумов, позволяют использовать для ее переработки различные технологические схемы. Для этой нефти характерно высокое содержание циклических структур, особенно ароматических соединений, которые сконцентрированы в средних дистиллятах и газойле.  [3]

Использование бензинов синтетических нефтей в качестве товарных продуктов из-за большого содержания сернистых, азотистых и непредельных углеводородов нецелесообразно. Для удаления последних бензины термокрекинга и коксования должны быть подвергнуты процессу каталитического облагораживания и риформингу.  [4]

Бензиновые фракции синтетических нефтей отличаются сравнительно малым содержанием серы по сравнению с бензиновыми фракциями нефтей полуострова Бузачи.  [5]

Окисленные остатки синтетических нефтей, как видно из табл. 14, отличаются друг от друга незначительно, независимо от температуры окисления и расхода воздуха. Хотя Березников А.В. показал, что лучшими эксплуатационными свойствами обладают битумы, полученные при температуре 22 5 С. С, В промышленности, наоборот, стремятся повысить температуру до 2 90 С. В промышленности при таком режиме работы существенно сокращается продолжительность процесса. Однако в промышленных условиях ( без предварительных испытаний на укрупненных установках), пока трудно представить, каким будет качество получаемого битума из остатков синтетических нефтей.  [6]

Для производства синтетической нефти в настоящее время интерес представляют главным образом месторождения горючих сланцев. Примерами таких месторождений являются горючие сланцы ( oii shales) Грин Ривер в США, И рати в Бразилии и ДР.  [7]

Различные фракции сырой синтетической нефти, получаемой в процессах КОЭД, Н - коал и Синтойл, могут быть переработаны в высокооктановый бензин, турбинное и дизельное топливо при использовании соответствующей нефтехимической технологии. Трудности, которые в большей или меньшей степени возникают при реализации этих процессов, зависят от используемой фракции и целевого продукта. Производство бензина не представляет больших затруднений, так как этот продукт получается из светлых фракций нафты, которые имеют обычно нафтеновую или ароматическую структуру и содержат соединения, легко перерабатываемые в высокооктановые компоненты.  [8]

К ним относятся синтетическая нефть из угля, горючие сланцы, спирт из растений, энергия ветра, волн, приливов.  [9]

Возможным вариантом получения синтетической нефти может быть гидрокрекинг битума без комбинирования с коксованием или другими процессами. При этом отпадает необходимость в гидроочистке дистиллятов, образующих синтетическую нефть, но расход водорода на процесс высок.  [10]

Первый способ получения синтетической нефти основан на ожижении угля. Способ этот заключается в том, что сильно измельченный уголь ( применяют главным образом бурые угли, сравнительно бедные углеродом, но богатые водородом) смешивают с тяжелым маслом и нагревают с водородом до 400 - 500 при давлении до 200 - 300 ат. При этом углерод с водородом соединяются и образуют разнообразные углеводороды. Гидрированная смесь подвергается дробной перегонке и получаются фракции, отвечающие бензину, легкому и среднему маслу. Производство синтетического жидкого топлива исчисляется в мировом масштабе миллионами тонн в год.  [11]

Первый способ получения синтетической нефти основан на ожижении угля. Способ этот заключается в том, что сильно измельченный уголь ( применяют главным образом бурые угли, сравнительно бедные углеродом, но богатые водородом) смешивают с тяжелым маслом и нагревают с водородом до 400 - 500 при давлении до 200 - 300 ат. При этом углерод с водородом соединяются и образуют разнообразные углеводороды. Гидрированная смесь подвергается дробной перегонке и получаются фракции, отвечающие бензину, легкому и среднему маслу. Производство синтетического жидкого топлива исчисляется в мировом масштабе миллионами тонн в год.  [12]

Увеличение объема производства синтетической нефти в рамках отдельного предприятия сопровождается неуклонным снижением уровня удельных капиталовложений и гораздо менее динамичным возрастанием величины текущих эксплуатационных расходов. Так, с увеличением мощности предприятия с 0 5 до 10 млн. т / год удельные капиталовложения снижаются более чем в 8 раз, удельные эксплуатационные расходы увеличиваются в 1 2 раза, а общие ( капитальные и текущие) издержки производства сокращаются примерно в 1 9 раза.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru


Смотрите также