Производство бензина из газа – Синтетическое топливо — Википедия

Сами делайте дома бесплатный бензин

Руководство по изготовлению в домашних условиях 100% заменителя бензина любой марки из воды и бытового газа, поступающих в квартиру.

Общее описание

Получаемая при помощи данного описания жидкость – метанол или метиловый спирт.

В чистом виде метанол применяется в качестве растворителя, а так же как высокооктановая добавка к моторному топливу, а также как самый высокооктановый (с октановым числом равным 150) бензин. Это тот самый бензин, которым заправляют гоночные мотоциклы и автомобили. Зарубежные исследования показали, что двигатель, работающий на метаноле, служит во много раз дольше чем при использовании обычного автомобильного бензина. При неизменном рабочем объеме двигателя его мощность повышается на 20%. Выхлоп двигателя, работающего на этом топливе, экологически чист и при проверке его на токсичность вредные вещества практически отсутствуют.

Малогабаритный аппарат для получения этого топлива прост в изготовлении, не требует особых знаний и дефицитных деталей, безотказен в работе. Его производительность зависит от различных причин, в том числе и от габаритов. Аппарат, схему и описание сборки которого предлагаем вашему вниманию, при Д=75мм дает три литра готового топлива в час, имеет вес около 20 кг, и габариты приблизительно: 20 см в высоту, 50 см в длину и 30 см в ширину.

Внимание: метанол является сильным ядом. Он представляет собой бесцветную жидкость с температурой кипения 65оС, имеет запах, подобный запаху обычного питьевого спирта, и смешивается во всех отношениях с водой и многими органическими жидкостями. Помните о том, что 30 миллилитров выпитого метанола смертельны!

Принцип действия и работа аппарата


Рисунок 1 – Схема принципиальная аппарата

Водопроводная вода подключается к «входу воды» (15) и, проходя далее, разделяется на два потока: один поток через краник (14) и отверстие (С) входит в смеситель (1), а другой поток через краник (4) и отверстие (Ж) идет в холодильник (3), проходя через который вода, охлаждая синтез-газ и конденсат бензина, выходит через отверстие (Ю).


Рисунок 2 – Смеситель

Бытовой природный газ подключается к трубопроводу «Вход газа» (16). Далее газ входит в смеситель (1) через отверстие (Б), в котором перемешивается с паром воды, затем нагревается на горелке (12) до температуры 100 – 120оС. Далее из смесителя (1) через отверстие (Д) нагретая смесь газа и водяного пара поступает в реактор (2) через отверстие (В).

Реактор (2) наполнен катализатором №1, состоящим из 25% никеля и 75% алюминия (состоит из стружки или в зерен, промышленная марка ГИАЛ-16). В реакторе происходит образование синтез газа под воздействием температуры от 500оС и выше, получаемой за счет нагрева горелкой (13). Далее нагретый синтез-газ входит через отверстие (Е) в холодильник (З), где он должен охладиться до температуры 30-40оС или ниже. Затем охлажденный синтез-газ через отверстие (И) выходит из холодильника и через отверстие (М) входит в компрессор (5), в качестве которого можно использовать компрессор от любого бытового холодильника. Далее сжатый синтез-газ с давлением 5-50 через отверстие (Н) выходит из компрессора и через отверстие (О) поступает в реактор (6).


Рисунок 3 – Реактор

Реактор (6) заполнен катализатором №2, состоящим из стружки 80% меди и 20% цинка (состав фирмы «ICI», марка в России СНМ-1). В этом реакторе, который является самым главным узлом аппарата, образуется пар синтез-бензина. Температура в реакторе не должна превышать 270оС, что можно проконтролировать градусником (7) и регулировать краником (4). Желательно поддерживать температуру в пределах 200-250оС, можно и ниже.

Затем пары бензина и не прореагировавший синтез-газ через отверстие (П) выходят из реактора (6) и через отверстие (Л) входят в холодильник (З), где пары бензина конденсируют и через отверстие (К) выходят из холодильника. Далее конденсат и не прореагировавший синтез-газ входят через отверстие (У) в конденсатор (8), где накапливается готовый бензин, который выходит из конденсатора через отверстие (Р) и краник (9) в какую-либо емкость.


Рисунок 4 – Холодильник

Отверстие (Т) в конденсаторе (8) служит для установки манометра (10), который необходим для контроля давления в конденсаторе. Оно поддерживается в пределах 5-10 атмосфер или больше в основном с помощью краника (11) и частично краника (9). Отверстие (Х) и краник (11) необходимы для выхода из конденсатора не прореагировавшего синтез газа, который идет на рециркуляцию обратно в смеситель (1) через отверстие (А). Краник (9) регулируют так, чтобы постоянно выходил чистый жидкий бензин без газа. Лучше будет, если уровень бензина в конденсаторе будет увеличиваться, чем уменьшаться. Но самый оптимальный случай, когда уровень бензина будет постоянным (что можно проконтролировать путем встроенного стекла или какого-либо другого способа). Краник (14) регулируют так, чтобы в бензине не было /воды/ и в смесителе пара образовывалось лучше меньше, чем больше.


Рисунок 5 – Конденсатор и рисунок 6 – Реактор

Запуск аппарата

Открывают доступ газа, вода (14) пока закрыта, горелки (12), (13) работают. Краник (4) полностью открыт, компрессор (5) включен, краник (9) закрыт, краник (11) полностью открыт.

Затем приоткрывают краник (14) доступа воды, а краником (11) регулируют нужное давление в конденсаторе, контролируя его манометром (10). Но не в коем случае не закрывайте краник (11) полностью!!! Далее, минут через пять, клапаном (14) доводят температуру в реакторе (6) до 200-250оС. Затем чуть-чуть приоткрывают краник (9), из которого должна пойти струя бензина. Если она будет идти постоянно – приоткройте краник больше, если будет идти бензин в смеси с газом – приоткройте краник (14). Вообще, чем на большую производительность настроите аппарат, тем лучше. Содержание воды в бензине (метаноле) вы можете проверить с помощью спиртометра. Плотность метанола равна 793 кг/м3.

Данный аппарат желательно изготавливать из нержавеющей стали или железа. Все детали изготовлены из труб, в качестве тонких соединительных труб можно использовать медные трубки. В холодильнике необходимо сохранить соотношение X:Y=4, то есть, например, если X+Y=300 мм, то X должно быть равно 240 мм, а Y, соответственно, 60 мм. 240/60=4. Чем больше витков уместится в холодильнике с той и с другой стороны, тем лучше. Все краники применены от газосварочных горелок. Вместо краников (9) и (11) можно использовать редукционные клапана от бытовых газовых баллонов или капиллярные трубки от бытовых холодильников. Смеситель (1) и реактор (2) нагреваются в горизонтальном положении (смотрите чертеж).

Ну вот, и вся конструкция. В заключении следует добавить, что цикл статей по изготовлению этой конструкции в домашних условиях, било опубликовано в журналах «Приоритет» в 1991, 1992, 1993 гг., но полностью готовый проект опубликован так и не был (зажали обещанные правильные катализаторы для подписчиков). В данных номерах были чертежи реактора с электрической схемой управления и конструкция охладителя, после чего г-н Вакс (автор статьи) вежливо извинился и сообщил, что дальнейшая публикация прекращается по просьбе силовых структур СССР и тем кто хочет повторить данную установку поле творчества неограниченно.

Квасников Игорь, изготавлиавшый эту конструкцию сделал уточнение:
Категорически запрещается подавать воду прямо из крана в реактор так как водопроводная вода содержит хлор , который моментально отравит катализатор 2-го реактора. Тоже самое относится и к газу, который содержит примеси серы и активных органических веществ. В своей установке я применял дистиллированную воду и моноэтаноламинную очистку газа, все это даёт неплохой результат. После более детальной проработки оригинальной статьи всплывает множество неточностей которые следует уточнять и дорабатывать.

P.S.
На начало 2012 года стоимость готовой к использованию установки, производительностью 1 литр в час составляла более 2000 у. е.

P.S.2
В данный момент времени изготовление описанной в статье установки не представляется возможным, поскольку цеха, где происходило изготовление комплектующих и сборка, сейчас разрушены, так как находятся в зоне конфликта.

Комментарии:

Удельная теплота сгорания веществУ Николая Джуманчука во дворе есть самодельный газ, получаемый из коровьего навоза

sintezgaz.org.ua

СИНТЕТИЧЕСКИЙ БЕНЗИН | Наука и жизнь

Без нефтяного моторного топлива — бензина, керосина, дизельного топлива — современную цивилизацию представить себе просто невозможно. На нем работают двигатели автомобилей, самолетов, ракет. Однако запасы нефти в недрах земли ограничены, и совсем скоро человечество столкнется со всеобщей нехваткой бензина. Но впадать в отчаяние рано: закат нефтяной эры вовсе не означает гибель современной цивилизации. Альтернатива нефтяным моторным топливам есть: ученые разработали методы получения высококачественного моторного топлива из природного газа, угля и другого ненефтяного сырья. Об этом шла речь в докладе вице-президента РАН, директора Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН академика Николая Альфредовича Платэ «Некоторые аспекты создания экологически чистых топлив XXI века», с которым он выступил в июле текущего года на Первом московском международном химическом саммите. Саммит организован Российским союзом химиков, компанией «RCC Group» и Российским союзом промышленников и предпринимателей и был посвящен проблемам и перспективам развития химической и нефтехимической промышленности.

Генератор получения синтез-газа из природного газа, построенный в Институте высоких температур РАН совместно с Институтом нефтехимического синтеза РАН.

Генератор синтез-газа.

Вице-президент РАН, директор Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН академик Николай Альфредович Платэ в дни работы Первого московского международного химического саммита.

Смесь окиси углерода и водорода (синтез-газ), из которого в промышленности синтезируют топливные углеводороды, можно получить пропусканием водяного пара через раскаленный кокс (газификация угля) и конверсией природного газа — метана.

Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья.

Процесс синтеза топливных углеводородов через диметиловый эфир (ДМЭ).

Схема химического реактора для получения синтез-газа при горении смеси метана и воздуха при высоких температурах. Подобные реакторы конструируются по принципу ракетного двигателя.

Промышленная добыча нефти началась более 150 лет назад. За прошедшие с тех пор полтора века человечество уже израсходовало более половины нефтяных запасов. 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. К 2010 году запасы нефтяных месторождений в значительной степени истощатся, соответственно возрастет стоимость добычи нефти и мир вплотную столкнется с проблемой использования альтернативных (ненефтяных) источников получения бензина и других видов топлива.

По своему химическому составу нефть — смесь углеводородов (алканов и циклоалканов). Кроме того, она содержит метан и некоторые сернистые и азотистые примеси. Бензин — легкокипящая фракция нефти, содержащая короткоцепочечные углеводороды с 5-9 атомами. Это основной вид моторного топлива для легковых автомобилей и небольших самолетов. Керосины более вязкие и тяжелые, чем бензин: они состоят из углеводородов с 10-16 атомами углерода. Керосин стал основным видом топлива для реактивных самолетов и ракетных двигателей. Газойль — более тяжелая 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 еще в 1926 году, когда немецкие ученые 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 твердые 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 углем (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 путем разложения органических отходов, так называемого биогаза.

Интересно, что во время Второй мировой войны синтетическое топливо, полученное из угля, практически полностью покрывало потребности немецкой авиации. 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 свое «второе рождение».

Качественного природного угля на планете осталось не так уж много. Внимание ученых привлек 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 объем 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».

Российские ученые из московского Института нефтехимического синтеза РАН разработали более рентабельную схему. Они предлагают 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 жестких европейских требований по содержанию твердых частиц в автомобильных выхлопах. По теплотворной способности ДМЭ уступает традиционному дизельному топливу — пропану и бутану, но его цетановое число 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 нем 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». В Институте высоких температур совместно с Институтом нефтехимического синтеза РАН создан генератор синтез-газа, представля ющий 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. Наиболее перспективной разработкой последних лет можно назвать новый 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.

Моторные топлива, полученные из природного газа, не дороже продуктов переработки нефти, а по качеству даже их превосходят. Так что после окончательного истощения нефтяных месторождений «пробки» на дорогах не уменьшатся.

Иллюстрация «Генератор синтез-газа».
Генератор синтез-газа для окисления природного газа при высоких температурах, построенный на опытном полигоне ракетно-космической корпорации «Энергия» в Приморске при участии Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН по технологии, используемой при строительстве ракетных двигателей.

Иллюстрация «Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья».
Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья: угля, биомассы, биогаза и природного газа. Схемы переработки сырья близки: на первой стадии происходит превращение в синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода), затем синтез-газ перерабатывают в метанол (традиционная схема) или в диметиловый эфир (ДМЭ) (схема, разработанная в Институте нефтехимического синтеза РАН), которые превращаются в моторное топливо (бензин, дизельное топливо).

Иллюстрация «Процесс синтеза топливных углеводородов через диметиловый эфир (ДМЭ)».
Синтетический бензин, полученный по традиционной схеме промышленной переработки природного газа в топливные углеводороды через стадию образования метанола, в два раза дороже «нефтяного». Процесс синтеза топливных углеводородов через диметиловый эфир (ДМЭ), разработанный в Институте нефтехимического синтеза РАН, намного эффективнее и экономичнее традиционной «метанольной» схемы производства синтетических моторных топлив.

www.nkj.ru

Туркменистан запустил 1-й в стране GTL-завод по производству синтетического бензина из природного газа

С ГПЗ уже отправлена 1-я партия газобензина в Афганистан. Продукцией заинтересовались многие страны Европы.

Ашхабад, 28 июн — ИА Neftegaz.RU. Президент Туркменистана Г. Бердымухамедов принял участие в церемонии открытия завода по производству синтетического бензина из природного газа, построенного в Ахалском велаяте.
Об этом сообщило правительство Туркменистана.

Вообще -то  GTL-завод в пос. Овадандепе Ахалского велаята должен был быть введен в эксплуатацию еще в конце 2018 г.


В бизнес-центре Мизан в г. Ашхабад по случаю открытия GTL-завод — состоялось торжественное заседание с участием Г. Бердымухамедова.
От компании Guinness World Records GTL-заводу был вручен сертификат Первый в мире завод по производству бензина из природного газа, от Фонда охраны окружающей среды США — сертификат Экологически чистый, от Швейцарского федерального технологического института — сертификат Инновационные технологии.
Затем Г. Бердымухамедов и другие участники церемонии направились в Ахалский велаят на площадку завода.

Г. Бердымухамедов вместе с руководителями японской делегации перерезал символическую ленту и ознакомился с предприятием.
В административном центре завода вниманию президента и японских гостей представили фильм, рассказывающий о специфике предприятия, всех циклах производственного процесса глубокой переработки газа и выпуска готовой продукции.
Руководитель GTL-завод рассказал о технологической цепочке превращения газа в жидкое топливо.
Это, конечно, не 1й в мире GTL — завод, но здесь впервые в мировой практике будет осуществляться в промышленных объёмах перегонка природного газа в жидкое топливо под высоким давлением и при высоких температурах.
В установке по улучшению качества бензина на 1м этапе из его состава выделяют метан и этан, на 2м этапе — сжиженный углеводородный газ (СУГ). 
На 3м этапе происходит разделение бензина на лёгкие и тяжелые фракции.
Выделенный лёгкий бензин отправляется в 2 резервуара объемом 850 м3.
На 4м этапе тяжелый бензин поступает в 2 установки по повышению качества топлива, где понижается уровень дурола. Впоследствии он отправляется в 2 резервуара объёмом 230 м3.
При поступлении лёгкого и тяжёлого бензина из 4х резервуаров по топливопроводам происходит смешивание, в результате чего получается товарный бензин.
При производстве лёгкого и тяжёлого бензина на специальных установках образуется очищенное от серы дизельное топливо.
Все процессы автоматизированы и подчинены централизованному управлению.

Газоперерабатывающий завод (ГПЗ), оснащенный новейшими технологиями и оборудованием от мировых компаний, будет перерабатывать 1,785 млрд м3 /год газа и производить 600 тыс. т/год  бензина марки Эко-93, а также 12 тыс. т/год дизтоплива и 115 тыс. т/год СУГ.

Как показал анализ физико-химических характеристик нового топлива, бензин марки Эко-93 отвечает требованиям Госстандарта, а по химическому составу отвечает уровню экологической безопасности Euro-5.
При использовании газобензина серы выделяется в 50 раз меньше, бензола — в 3,5 раз, других пахучих углеводородов — меньше на 20%.
Это позволяет значительно снизить уровень выброса вредных газов в окружающую среду.

Основной продукт завода — бензин Эко-93 хранится в 3х резервуарах объёмом 18 тыс. м3, где в целях обеспечения его качества постоянно функционирует специальное насосное оборудование.
СУГ являющийся попутным продуктом, поступает на хранение в шарообразный резервуар объёмом 2 тыс. м3, обессеренное дизтопливо — в резервуар объёмом 360 м3.
Все резервуары обеспечены надлежащими противопожарными средствами.
В системе отправки готовой продукции потребителям функционируют комплексы для погрузки бензина в ж/д цистерны и автотранспорт.

По заказу Туркменгаза строительные работы осуществлены консорциумом японской Kawasaki Hemi Indastriz и турецкой Renessans.
Проект GTG — Gas to gasoline (GTL-gas to liquids) основан на технологии TIGAS™ (улучшенный синтез бензина), разработанной Haldor Topsоe, которая позволяет, в сочетании с высокоэффективными катализаторами, производить бензин высокого качества с минимальными энергозатратами и воздействием на окружающую среду.
На ГПЗ создано около 800 рабочих мест. 
Общая стоимость проекта составляет 1,7 млрд долл. США.
В его финансировании принял участие Банк международного сотрудничества Японии.

Г. Бердымухамедов отметил, что новый ГПЗ по многим параметрам является единственным в своём роде.
На этом предприятии впервые в мире природный газ в промышленных масштабах преобразуется в жидкое топливо. 

Г. Бердымухамедов дал старт отправке 1й партии газобензина объемом 60 т в качестве гуманитарной помощи в Афганистан.
Многие страны Европы уже подтвердили заинтересованность в получении новой продукции.
По словам руководителя GTL-завода, заказы на партии газобензина уже разместили Болгария, Греция, Румыния и др.

Проследовав в направлении г. Ашхабад, Г. Бердымухамедов остановился на АЗС, где состоялась 1я заправка автомобиля главы Туркменистана экологически чистым синтетическим бензином марки ЭКо-93.

Прочитать новость in English.

neftegaz.ru

описание, характеристика, показатели, способы производства

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

Вводная информация

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

Как все начиналось?

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

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

Научные поиски альтернативы

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

Как развивалось применение?

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

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

О падении и взлете

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

Получение из природного газа

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

А можно ли сделать это все своими руками?

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

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

Делаем из угля

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

Синтетический бензин может быть получен из угля в результате влияния пара. Его газификация – это самый простой и реализуемый способ для домашних условий. Итак, приступим. Первоначально для большей эффективности работы и увеличения скорости протекания процесса уголь необходимо измельчить. Затем осуществляется его насыщение водородом. Затем необходимо создать температуру в 400-500 градусов по Цельсию и давление в 50-300 кг/см2. И ждем момента перехода в жидкое состояние. Если не используется растворитель, то таким станет только 5-8% от всей массы угля. Затем приходит черед катализаторов. Для угля подходит: молибден, никель, кобальт, олово, алюминий, железо, а также их соединения. Для газификации можно использовать любой вид сырья. Бурый, каменный – все подойдет. Хотя его качество влияет на эффективность преобразования. Ранее приводилось обозначение количества углеродов и называлась цифра в 8%. Это не совсем верно. Зависимо от марки и качества, значение может колебаться от 4% до 8%. А для минимальной пригодности последующей обработки и выделения бензина необходимо добиться значения в 11% (лучше 15%). Первоначально, не факт, что все будет получаться. Особенно, если прогуливались уроки по физике и химии. Тем не менее синтетический бензин из угля можно успешно делать и использовать.

Работа с биогазом

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

Заключение

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

fb.ru

Как из газа получить бензин

Вопреки распространенному мнению, получить бензин из природного газа невозможно. Когда говорят о получении бензина из газа, речь идет о синтезе метилового спирта, который можно использовать в качестве высокооктановой присадки к бензину или в качестве самостоятельного горючего.

Принцип получения метанола из природного газа состоит в том, что газ при повышенной температуре дает реакцию на водяные пары и катализаторы, в результате чего сначала образуется так называемый «синтез-газ», из которого, в свою очередь, образуется метанол.

Как показывают исследования, метиловый спирт может использоваться, как высокооктановая добавка к обычному бензину. Кроме того, метанол может использоваться в качестве горючего и сам по себе — его октановое число составляет 115.

Двигатель автомобиля, который заправляют вместо бензина метиловым спиртом, служит гораздо дольше. При этом, только лишь благодаря замене одного вида топлива на другой, мощность двигателя автоматически повышается на 20%. В выхлопных газах автомобиля, работающего на метиловом спирте, отсутствуют вредные примеси.

Аппарат для получения метанола из природного газа в домашних условиях можно сконструировать самостоятельно. Он состоит из двух трубок — одна из них подключена к крану с холодной водой, другая — к источнику природного газа (газовой плите или баллону). Концы обеих трубок входят в смеситель, в котором смесь газа и водяных паров нагревается горелкой до температуры около 100-120 градусов. Из смесителя газо-водяная смесь поступает в реактор, наполненный катализатором. Катализатор состоит на 25% из никеля и на 75% из алюминия. В реакторе под действием высокой температуры (около 500 градусов) и катализатора из газо-водяной смеси образуется синтез-газ, состоящий из водорода и монооксида углерода.

Далее горячий синтез-газ поступает в холодильник, где охлаждается до температуры 35-40 градусов и поступает в компрессор, где сжимается до давления в несколько атмосфер. На следующей стадии синтез-газ поступает во второй реактор, наполненный катализатором, состоящим из смеси 20% цинка и 80% меди. Здесь при температуре 270 градусов из синтез-газа образуется метанол, который затем конденсируется в холодильнике и сливается в емкость.

Как заявляют люди, экспериментирующие с получением метанола из природного газа, в домашних условиях можно производить около 3-5 литров метанола в час. При этом себестоимость такого топлива составляет считанные рубли.

Помните, что метанол — яд. Его пары огнеопасны. Малейшая утечка природного газа из газовой плиты или аппарата для получения метанола может привести к взрыву.

www.kakprosto.ru

Процесс Фишера — Тропша — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Фишер.

Процесс Фишера—Тропша — химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород h3{\displaystyle H_{2}} преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива, например из угля.

Первая стадия процесса Фишера—Тропша состояла в получении синтез-газа из твёрдых углеводородов (обычно каменного угля):

C+h3O→CO+h3{\displaystyle {\mathsf {C+H_{2}O\rightarrow CO+H_{2}}}}

Для этого сквозь слой раскалённого каменного угля продували перегретый водяной пар. Продуктом являлся так называемый водяной газ — смесь монооксида углерода (угарного газа) и водорода. Далее процесс Фишера—Тропша описывается следующим химическим уравнением:

CO+2h3→-Ch3-+h3O{\displaystyle {\mathsf {CO+2H_{2}\rightarrow {\text{-}}CH_{2}{\text{-}}+H_{2}O}}}
2CO+h3→-Ch3-+CO2{\displaystyle {\mathsf {2CO+H_{2}\rightarrow {\text{-}}CH_{2}{\text{-}}+CO_{2}}}}

Смесь монооксида углерода и водорода называется синтез-газ, или сингаз, а также применяется термин «водяной газ».

Смесь получаемых углеводородов очищают для получения целевого продукта — синтетического бензина. Получение более тяжёлых видов топлива методом Фишера—Тропша экономически невыгодно из-за быстрого отравления катализатора.

Углекислый газ и монооксид углерода образуются при частичном окислении угля и древесного топлива. Польза от этого процесса преимущественно в его роли в производстве жидких углеводородов или водорода из твёрдого сырья, такого как уголь или твёрдые углеродсодержащие отходы различных видов.

Неокислительный пиролиз твёрдого органического сырья производит сингаз, который может быть напрямую использован в качестве топлива, без преобразования по процессу Фишера—Тропша.

Если требуется жидкое вещество, похожее на нефтяное топливо, смазочные масла или парафин, может быть применён процесс Фишера—Тропша. Если требуется увеличить выход водорода, то водяной пар берут с избытком, что сдвигает равновесие реакции, в результате чего образуются только углекислый газ и водород.

Таким образом получают жидкое топливо из смеси газов.

После изобретения процесса немецкими исследователями Францем Фишером и Хансом Тропшем, работавшими в Институте кайзера Вильгельма в 1920-е годы, было сделано множество усовершенствований и исправлений, и название «Фишер—Тропш» сейчас применяется к большому количеству сходных процессов (синтез Фишера—Тропша или химия Фишера—Тропша).

Процесс был изобретён в бедной нефтью, но богатой углём Германии в 1920-е гг. для производства жидкого топлива. Он использовался Японией и Германией во время Второй мировой войны для производства альтернативного топлива. Годовое производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 тыс. баррелей в день ~ 6,5 миллионов тонн в 1944 году[1].

После войны взятые в плен германские учёные участвовали в операции «Скрепка», продолжая работать над синтетическими топливами в Бюро горной промышленности США.

Впервые синтез углеводородов из смеси СО и Н2 был осуществлён в начале XX века: Сабатье и Сандеренсом был синтезирован метан, Е. И. Орловым — этилен. В 1913 г компания BASF приобрела патент на получение смесей углеводородов и спиртов из синтез-газа над подщелочёнными Co-Os катализаторами (в дальнейшем это направление вылилось в создание процесса синтеза метанола). В 1923 г. немецкие химики Ф. Фишер и Х. Тропш, сотрудники компании Ruhrchemie, сообщили о получении кислородсодержащих продуктов из синтез-газа над Fe катализаторами, а в 1926 г. — углеводородов. Первый промышленный реактор был пущен в Германии в 1935 г., использовался Co-Th осаждённый катализатор. В 30౼40-е гг. на основе технологии Фишера—Тропша было налажено производство синтетического бензина (когазин-I, или синтин) с октановым числом 40౼55, синтетической высококачественной дизельной фракции (когазин-II) с цетановым числом 75౼100 и твёрдого парафина. Сырьём для процесса служил уголь, из которого газификацией получали синтез-газ, а из него углеводороды. К 1945 г. в мире имелось 15 заводов синтеза Фишера—Тропша (в Германии, США, Китае и Японии) общей мощностью около 1 млн т углеводородов в год. Они выпускали в основном синтетические моторные топлива и смазочные масла.

В годы после Второй мировой войны синтезу Фишера—Тропша уделяли большое внимание во всём мире, поскольку считалось, что запасы нефти подходят к концу и надо искать ей замену. В 1950 г. был пущен завод в Браунсвилле (Техас) на 360 тыс. т/г. В 1955 г. южноафриканская компания Sasol построила собственное производство, существующее и развивающееся до сих пор. В Новочеркасске с 1952 г. работала установка мощностью около 50 тыс. т/г, использующая вывезенное из Германии оборудование. Сырьём служил сначала уголь Донецкого бассейна, а затем природный газ. Немецкий Co-Th катализатор был со временем заменён на оригинальный, Co-Zr. На заводе была установлена колонна точной ректификации, так что в ассортимент продукции завода входили индивидуальные углеводороды высокой чистоты, в том числе α-олефины с нечётным углеродным номером. Установка работала на Новочеркасском заводе синтетических продуктов вплоть до 90-х гг. ХХ века и была остановлена по экономическим причинам.

Все эти предприятия в значительной степени заимствовали опыт немецких химиков и инженеров, накопленный в 30౼40-е годы.

Открытие обширных месторождений нефти в Аравии, Северном море, Нигерии, Аляске резко снизило интерес к синтезу Фишера—Тропша. Почти все существующие заводы были закрыты, единственное крупное производство сохранилось в ЮАР. Активность в этой области возобновилась к 1990-м годам.

В 1990 г. компания Exxon запустила опытную установку на 8 тыс. т/г с Co катализатором. В 1992 г. южноафриканская компания Mossgas построила завод мощностью 900 тыс. т/г. В отличие от технологии Sasol, в качестве сырья здесь использовался природный газ с шельфового месторождения. В 1993 г. компания Shell запустила завод в Бинтулу (Малайзия) мощностью 500 тыс. т/г, используя Co-Zr катализатор и оригинальную технологию «средних дистиллятов». Сырьём служит синтез-газ, получаемый парциальным окислением местного природного газа. В настоящее время Shell строит завод по той же технологии, но на порядок большей мощности в Катаре. В Узбекистане в 2020 году должен быть запущен проект Uzbekistan GTL, который будет работать на природном газе с Шуртанского ГХК и опираться на технологии Sasol. Свои проекты в области синтеза Фишера—Тропша разной степени проработки имеют также компании Chevron, Conoco, BP, ENI, Statoil, Rentech, Syntroleum и др.

Синтез Фишера—Тропша можно рассматривать как восстановительную олигомеризацию оксида углерода:

nCO+(2n+1)h3→Cnh3n+2+nh3O{\displaystyle {\mathsf {nCO+(2n+1)H_{2}\rightarrow C_{n}H_{2n+2}+nH_{2}O}}}
nCO+2nh3→Cnh3n+nh3O{\displaystyle {\mathsf {nCO+2nH_{2}\rightarrow C_{n}H_{2n}+nH_{2}O}}}

Обе реакции экзотермичны со значительным тепловым эффектом ~165 кДж/моль по монооксиду углерода (СО).

Катализаторами служат переходные металлы VIII группы: наиболее активен рутений (Ru), затем кобальт (Co), железо (Fe), никель (Ni). Для увеличения реакционной каталитической поверхности их часто наносят на пористые инертные носители, такие, например, как силикагель и глинозём. В промышленности нашли применение только Fe и Co.[2] Рутений слишком дорог, кроме того, его запасы на Земле слишком малы для использования в качестве катализатора в многотоннажных процессах. На никелевых катализаторах при атмосферном давлении образуется в основном метан (n=1), при повышении же давления в реакторе образуется летучий карбонил никеля, который уносится из реактора с продуктами реакции.

Побочными реакциями синтеза углеводородов из СО и Н2 являются:

  • гидрирование оксида углерода до метана:
CO+3h3→Ch5+h3O{\displaystyle {\mathsf {CO+3H_{2}\rightarrow CH_{4}+H_{2}O}}} + 214 кДж/моль
2CO→CO2+C{\displaystyle {\mathsf {2CO\rightarrow CO_{2}+C}}}
  • химическое равновесие в водяном газе:
CO+h3O⇄CO2+h3{\displaystyle {\mathsf {CO+H_{2}O\rightleftarrows CO_{2}+H_{2}}}}

Последняя реакция имеет особое значение для катализаторов на основе железа, на кобальтовом катализаторе она почти не протекает. На железных катализаторах, кроме того, в значительных количествах образуются кислородсодержащие органические соединения — спирты и карбоновые кислоты.

Типичными условиями проведения процесса являются: давление от 1 атм (для Co катализаторов) до 30 атм, температура 190౼240 °C (низкотемпературный вариант синтеза, для Co и Fe катализаторов) или 320౼350 °C (высокотемпературный вариант, для Fe).

Механизм реакции, несмотря на десятилетия его изучения, в деталях до сих пор остаётся неясен. Впрочем, эта слабая изученность реакций типична для гетерогенного катализа.

Термодинамические закономерности для продуктов синтеза Фишера—Тропша следующие.

  1. Возможно образование из СО и H2 углеводородов любой молекулярной массы, вида и строения кроме ацетилена, образование которого энергетически невыгодно.
  2. Вероятность образования углеводородов уменьшается в ряду: метан > другие алканы > алкены. Вероятность образования нормальных алканов снижается, а нормальных алкенов — повышается с увеличением длины цепи.
  3. Повышение общего давления в системе способствует образованию более тяжёлых продуктов, а увеличение парциального давления водорода в синтез-газе благоприятствует образованию алканов.

Реальный состав продуктов синтеза углеводородов из СО и Н2 существенно отличается от равновесного. В большинстве случаев распределение продуктов по молекулярной массе в стационарных условиях описывается формулой p(n) = n(1-α)²αn-1, где p(n) — массовая доля углеводорода с углеродным номером n, α = k1/(k1+k2), k1, k2 — константы скорости роста и обрыва цепи соответственно. Это так называемое распределение Андерсона—Шульца—Флори (ASF distribution). Метан (n=1) всегда присутствует в большем количестве, чем предписывается распределением ASF, поскольку образуется независимо по реакции прямого гидрирования. Величина α снижается с ростом температуры и, как правило, возрастает с ростом давления. Если в реакции образуются продукты разных гомологических рядов (парафины, олефины, спирты), то распределение для каждого из них может иметь свою величину α. Распределение ASF накладывает ограничения на максимальную селективность по любому углеводороду или узкой фракции. Это вторая проблема после проблемы отведения тепла реакции в синтезе Фишера—Тропша.

Синтезы на основе оксида углерода и водорода[3]

Процесс Катализатор Носитель катализатора Температура, °С Давление, МПа Продукт
Синтез метана Ni ThO2 или MgO 250౼500 0,1 Метан
Синтез высших углеводородов Co, Ni ThO2, MgO, ZrO2 150౼200 0,1౼1 Смесь парафинов и олефинов с длиной углеродной цепи С1౼С100
Синтез высших углеводородов и кислородсодержащих соединений Fe Cu, NaOH (KOH), Al2O3, SiO2 200౼230 0,1౼3 Преимущественно парафины и олефины в смеси с кислородсодержащими соединениями
Синтез парафинов Со TiO2, ZrO2, ThO2, MgO 190౼200 1 Преимущественно твёрдые парафины с температурой плавления 70౼98°С
Ru MgO 180౼200 10౼100 Высокомолекулярные парафины
Изосинтез ZrO2, ThO2, Al2O3 K2CO3 400౼450 10 Парафины и олефины преимущественно изостроения
ThO2 350౼500 10౼100 Изопарафины и ароматические углеводороды
Синтез метанола ZnO, Cr2O3, CuO 200౼400 5౼30 Метанол
Синтез высших спиртов Fe, Fe-Cr, Zn-Cr Al2O3, NaOH 180౼220,

380౼490

1౼3, 15౼25 Метанол и высшие спирты

Во времена Третьего рейха в Германии был построен ряд предприятий по производству энергоносителей из угля, залежи которого в больших количествах находятся на территории страны. В основном производство базировалось на разработанном в 1913 году процессе Бергиуса—Пира, для процесса Фишера—Тропша были выделены менее значительные мощности. До конца Второй мировой войны было реализовано в общем мощностей для производства до 4,275 миллионов тонн в год с помощью первого и до 1,55 млн т в год с помощью последнего процесса. Обе отрасли оказались неконкурентоспособными по сравнению с нефтедобывающей и были остановлены по окончании войны. Исследования возобновились во время нефтяного кризиса в 70-х гг. ХХ в. Возникло предприятие в городе Боттроп, однако в конце 80-х гг. цена за нефть упала до 20 долларов за баррель, и из-за нерентабельности пришлось вновь прервать разработки[4].

В настоящее время две компании коммерчески используют свои технологии, основанные на процессе Фишера—Тропша. Shell в Бинтулу использует природный газ в качестве сырья и производит преимущественно малосернистое дизельное топливо. В 1955 г. в Сасолбурге (ЮАР) фирма Sasol ввела в строй первый завод по выпуску жидкого топлива из угля методом Фишера—Тропша. Уголь поступает непосредственно из угольных копей по транспортёру для получения синтез-газа. Затем были построены заводы Sasol-2 и Sasol-3. Процесс использовался для удовлетворения потребностей в энергии во время изоляции при режиме апартеида. Внимание к этому процессу возобновилось в процессе поиска путей получения малосернистых дизельных топлив для уменьшения наносимого дизельными двигателями вреда окружающей среде. В настоящее время в ЮАР производят этим методом 5౼6 млн т/год углеводородов. Однако процесс является убыточным и дотируется государством как национальное достояние[5]. Производство в ЮАР ориентируется не столько на производство моторного топлива, сколько на получение отдельных более ценных фракций, например низших олефинов.

Маленькая американская компания Rentech в настоящее время сосредоточилась на преобразовании заводов по производству азотистых удобрений от использования в качестве сырья природного газа к использованию угля или кокса и жидких углеводородов в качестве побочного продукта.

Choren в Германии и Changing World Technologies (CWT) построили заводы, использующие процесс Фишера—Тропша или им подобные.

Процесс Фишера—Тропша — это хорошо проработанная технология, уже применяемая в больших масштабах, хотя её распространению мешают высокие капитальные затраты, высокие затраты на эксплуатацию и ремонт и относительно низкие цены на сырую нефть. В частности, использование природного газа как исходного сырья становится целесообразным, когда используется «stranded gas», т.е. находящиеся далеко от основных городов источники природного газа, которые нецелесообразно эксплуатировать с обычными газопроводами и технологией LNG.

Существуют большие запасы каменного угля, которые могут быть использованы в качестве источника топлива по мере истощения запасов нефти. Так как в мире каменный уголь имеется в огромном количестве, эта технология может быть временно использована, если обычная нефть подорожает. Сочетание газификации биомассы и синтеза Фишера—Тропша — это многообещающий способ производства возобновляемого или «зелёного» автомобильного топлива. Синтетическое топливо, произведённое из угля, конкурентоспособно при цене на нефть выше 40 дол. за барр. Капитальные вложения, которые при этом надо произвести, составляют от 7 до 9 млрд дол. за 80 тыс. барр. мощностей по производству синтетического топлива из угля. Для сравнения, аналогичные мощности по переработке нефти стоят около 2 млрд дол.[6]

В сентябре 2005 г. губернатор Эдвард Ренделл заявил о создании предприятия Waste Management and Processors Inc., использующее технологии, лицензированные у Shell и Sasol. Будет построена фабрика, использующая синтез Фишера—Тропша для переработки так называемого бросового углерода (остатков от угледобычи) в малосернистое дизельное топливо на участке около города Маханой Сити на северо-западе Филадельфии. Штат Пенсильвания взял на себя обязательство покупать значительный процент продукции завода и вместе с Департаментом энергетики США (DoE) предложил более 140 млн дол. налоговых льгот. Прочие добывающие уголь штаты также разрабатывают подобные планы. Губернатор штата Монтана Брайан Швейцер предложил построить завод, который будет использовать процесс Фишера—Тропша для превращения угольных запасов штата в топливо, чтобы уменьшить зависимость США от импорта нефти.

В начале 2006 г. в США рассматривались проекты строительства 9 заводов по непрямому сжижению угля суммарной мощностью 90౼250 тыс. барр. в день.

Китай планирует инвестировать 15 млрд дол. до 2010౼2015 гг. в строительство заводов по производству синтетического топлива из угля. Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) заявила, что суммарная мощность заводов по сжижению угля достигнет 16 млн т синтетического топлива в год, что составляет 5 % от потребления нефти в 2005 г. и 10 % импорта нефти.

В 2015 году Группа «ИНФРА», разработавшая и запатентовавшая новое поколение технологии производства жидкого синтетического топлива на базе процесса синтеза Фишера—Тропша из природного или попутного газа (GTL), биомассы и угля (XTL), ввела в эксплуатацию катализаторную фабрику. Производство мощностью 15 т в год производит запатентованный катализатор реакции синтеза Фишера—Тропша, разработанный специалистами компании. Задачей фабрики является производство катализатора для заводов GTL ИНФРА, а также разработка процессов производства новых модификаций катализатора в промышленных масштабах. В 2016 году компания ИНФРА спроектировала и построила модульный транспортабельный завод GTL (газ — в жидкость) по переработке природного и попутного газа в синтетическую нефть М100 в г. Уортон (Техас, США). В планы компании входят коммерческая эксплуатация завода и продажа синтетической нефти. По заказу нефтегазовой компании группа ИНФРА начала проектирование завода GTL, который планируется разместить в Ненецком автономном округе. Завод мощностью 20 тыс. нефтепродуктов в год будет производить зимнее дизельное топливо и высокооктановый бензин из природного газа Василковского газоконденсатного месторождения. Реализация плана строительства ГПЗ с использованием передовой технологии GTL компании ИНФРА позволит обеспечить рынок Ненецкого автономного округа высококачественным товарным топливом — дизелем и бензином — и значительно сократить расходы на закупку дорогого северного завоза. Разработка технико-экономического обоснования строительства была проведена в 2017 году, проектирование будет завершено в 2019 году.[7] (см. http://ru.infratechnology.com/info/).

Технологии переработки угля в жидкое топливо порождают множество вопросов со стороны экологов. Наиболее серьёзной является проблема выбросов углекислого газа. Последние работы Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии США (National Renewable Energy Laboratory) показали, что в полном цикле выбросы парниковых газов для произведённых из каменного угля синтетических топлив примерно вдвое выше своего основанного на бензине эквивалента. Выбросы прочих загрязнителей также сильно увеличились, тем не менее многие из них могут быть собраны в процессе производства. Захоронение углерода было предложено в качестве способа уменьшения выбросов оксида углерода. Закачка CO2{\displaystyle CO_{2}} в нефтяные пласты позволит увеличить добычу нефти и увеличить срок службы месторождений на 20౼25 лет, однако использование данной технологии возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50౼55 дол. за барр.[6] Важной проблемой при производстве синтетического топлива является и высокое потребление воды, уровень которого составляет от 5 до 7 галлонов на каждый галлон полученного топлива[6].

  1. ↑ DOE — Fossil Energy: auto created (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 17 февраля 2006. Архивировано 22 февраля 2013 года.
  2. Крылова А. Ю., Куликова М. В., Лапидус А. Л. Катализаторы синтеза Фишера-–Тропша для процессов получения жидких топлив из различного сырья // Химия твердого топлива. 2014. № 4. С. 18.
  3. А.К.Мановян. Технология переработки природных энергоносителей. — Москва: Химия, КолосС, 2004. — 456 с. — ISBN 5-98109-004-9, 5-9532-0219-97.
  4. ↑ vgl. Technology Review: Billig, aber schmutzig (Дёшево, но грязно), Декабрь 2006, Страница 44 ff.
  5. О.В.Крылов. Гетрогенный катализ. Учебное пособие для вузов.. — Москва: ИКЦ «Академкнига», 2004. — 679 с. — ISBN 5-94628-141-0.
  6. 1 2 3 Big Coal Tries to Recruit Military to Kindle a Market (неопр.). The Wall Street Journal (11 сентября 2007). Дата обращения 17 ноября 2007. Архивировано 9 февраля 2012 года.
  7. ↑ Ricci N., Whaley J. GTL: More Than Just a Pipe Dream? С. 14—17. (англ.) // Журнал «GEOExPRO» : журнал. — 2017. — Сентябрь (vol. 4 (вып. 14). — С. 72.

ru.wikipedia.org

Технология GTL (Gas to liquids)

При прямой конверсии метан преобразуется в метанол без применения катализаторов в один этап. Эта технология позволяет получать дешевый продукт, но реакция конверсии трудно поддается контролю. Поэтому этот способ не получил широкого применения.Для получения топлива через синтез-газ используются три основных процесса: Фишера-Тропша, MTG (Methanol to gasoline) компании Mobil и STG+ (Syngas to gasoline plus).

Содержание статьи

Процесс Фишера-Тропша

Процесс Фишера-Тропша

Процесс Фишера-Тропша был разработан в Германии в середине 20-х годов прошлого века. Он начинается с парциального (частичного) окисления метана (природного газа) в диоксид углерода, монооксид углерода, водород и воду. Кислород либо берется из воздуха (что делает газ менее насыщенным), либо подается из воздушного криогенного сепаратора (что увеличивает стоимость).

Соотношение монооксида углерода и водорода (1:2) регулируется реакцией с водяным газом, а избыток диоксида углерода удаляется с помощью водных растворов алканоаламина (или физическим растворением). После удаления воды остается синтез-газ (сингаз), который, химически реагируя в присутствии катализатора (железа или кобальта) превращается в жидкие углеводороды и другие побочные продукты.

Метанол в бензин (Methanol to gasoline process – MTG)

Конверсия метанола в бензин (MTG)

В начале 70-х гг. ХХ века компания Mobil разработала альтернативную технологию конверсии природного газа в синтез-газ, а синтез-газа в метанол. Затем метанол полимеризуется в присутствии цеолитного катализатора с образованием алканов (насыщенных углеводородов).

Метанол производится из метана (природного газа) посредством трех реакций: парового риформинга, конверсии водяного газа и синтеза. Затем он преобразуется в бензин по оригинальной технологии Mobil. Вначале метанол обезвоживается с получением диметилэфира, который, в свою очередь, далее дегидратируется в присутствии оригинального цеолитного катализатора ZSM-5, разработанного Mobil. В результате получается бензин, в котором содержание углеводородов с пятью и более атомами углерода достигает 80% по весу. Для прекращения реакции ZSM-5 деактивируется коксованием с добавлением избытка углерода. В дальнейшем катализатор может быть вновь активирован путем выжигания кокса потоком горячего (500 °C) воздуха. Однако число циклов реактивации ограничено.

Синтез-газ в бензин плюс (Syngas to gasoline plus process – STG+)

Синтез-газ в бензин (STG+)

Этот способ основан на технологии MTG. В ходе непрерывного циклового термохимического процесса полученный из природного газа синтез-газ преобразуется в высокооктановый синтетический бензин. Весь цикл состоит из четырех этапов. Каждый этап осуществляется в отдельном реакторе с неподвижным слоем катализатора, которые последовательно соединены между собой.

Синтез метанола. В первом реакторе сингаз, проходя через слой катализатора, преобразуется в метанол, который подается во второй реактор.

Синтез диметилэфира (ДМЭ). Здесь метанол также проходит через слой катализатора и подвергается дегидратации, в результате чего на выходе получают ДМЭ.

Синтез бензина. В третьем реакторе поступивший ДМЭ с помощью катализаторов преобразуют в углеводороды, включающие парафины (алканы), ароматические углеводороды, нафтены (циклоалканы) и небольшое количество олефинов (алкенов). Все они имеют от 6 до 10 атомов углерода в молекуле.

Очистка бензина. В четвертом реакторе продукты, поступившие из третьего реактора, подвергаются трансалкированию и гидрогенизации. Это уменьшает содержание дурола (тетраметилбензола)/изодурола и триметилбензола, которые имеют высокие точки. Поэтому их содержание в бензине должно быть сведено к минимуму. В результате полученный синтетический бензин имеет высокое октановое число и необходимые вязкостные свойства.

Сепаратор. Здесь смесь, поступившая из четвертого реактора, конденсируется. Несконденсированный газ и готовый бензин разделяются. Большая часть газа направляется обратно в первый реактор для переработки. Полученный синтетический бензин состоит из парафинов, ароматических углеводородов и нафтенов.

avtonov.info

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о