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


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

Можно ли получить бензин из угля

Далеко не каждая европейская, да и любая страна мира может похвастать большими запасами нефти. Зато углеводородное топливо в виде бензина или солярки активно используется во всех странах. В то же время залежи бурого и каменного угля встречаются куда чаще, отсюда и возникла идея получать дизельное топливо и бензин из угля. В этой статье мы рассмотрим, как это делается на производстве и можно ли что-то подобное организовать в условиях частного домашнего хозяйства.

Как происходит выделение бензина из угля?

Стоит отметить, что переработка угля с целью получить разные виды моторного топлива – вовсе не миф. Более, того существует две проверенных методики, реализованные на практике еще в начале прошлого века.

В те времена нацистская Германия, стремящаяся завоевать всю Европу, именно этими способами обеспечивала свою военную технику горючим, поскольку собственных месторождений нефти у нее нет. В то же время в распоряжении страны имелись залежи бурого угля, из которого на двух десятках заводов производился синтетический бензин и дизельное топливо.

Для справки. Обе методики были изобретены разными немецкими учеными в начале 20-го века, соответственно, получили их имена.

Как оказалось, уголь по своему химическому составу не слишком отличается от нефти. Основа у них общая – горючие соединения углерода с водородом, только доля водорода в нефти значительно больше. Если число водорода в углях удастся уравнять с нефтью, то и получение жидкого горючего станет реальностью. Вот способы решения проблемы:

  • гидрогенизация, иначе – ожижение (процесс Бергиуса).
  •  газификация с последующим синтезом топлива (процесс Фишера – Тропша).

Чтобы понять, удастся ли наладить выделение бензина в домашних условиях, надо получить общее представление об этих химико-технологических процессах, о них будет рассказано ниже.

Процесс гидрогенизации

Для успешного проведения процесса и получения до 800 кг жидкого топлива из 1 т сырья берут бурый или каменный уголь. Главное условие эффективного достижения результата – наличие в углях 35% летучих веществ. Перед переработкой их перемалывают, измельчая до пылевидной фракции, а затем просушивают. После этого угольную фракцию смешивают с мазутом или тяжелыми маслами, чтобы получилось сырье в виде пасты.

Во время протекания процесса деструктивной гидрогенизации технология предусматривает прямое добавление недостающего водорода в уголь.

Для этого сырье помещают в специальный автоклав и производят его нагрев. При этом давление внутри сосуда достигает 200 Бар, а температура – 500 °С. Мало того, в зоне химической реакции должны находиться вещества — катализаторы и растворители. По данной методике получение бензина из угля проходит внутри автоклава в 2 стадии:

  • жидкофазная;
  • парофазная.

В сосуде под большим давлением и при высокой температуре протекает несколько сложных химических реакций. Чтобы не нагружать рассказ специфическими терминами, поясним простыми словами: в автоклаве происходит насыщение угля водородом и распад сложных органических соединений на простые. В результате после операций очистки на выходе получаем синтетическое дизтопливо или бензин. Это зависит от условий протекания процесса и степени трансформации угольно-масляной смеси. Но выходу горючего из установки предшествует еще ряд операций:

  • центрифугирование;
  • полукоксование;
  • дистилляция.

Как видите, наладить столь сложное производство своими руками не представляется возможным. Главная сложность – оборудование, вряд ли удастся такое изготовить самому. Взять хотя бы автоклав, где давление выше, чем в кислородных баллонах. Да и в целом подобное производство представляет взрывопожарную опасность.

Получение бензина путем газификации

Данный метод, изобретенный немецкими учеными Ф. Фишером и Г. Тропшем, предусматривает производство дизельного топлива и бензина путем предварительной газификации угольного сырья. Это происходит в большой емкости – реакторе при температуре до 350 °С и давлении не более 30 Бар. Хотя здесь условия и не настолько жесткие, как при гидрогенизации, но реализовать их ничуть не проще. Например, потому что сквозь слой угля надо под большим давлением продувать перегретый водяной пар, а значит, не обойтись без мощного парового котла.

После газификации на выходе из реактора образуется так называемый синтез-газ, состоящий из водорода и обычного угарного газа (СО). Кстати, сингаз можно прямо использовать в качестве газообразного топлива без последующей переработки.

Полученные газы поступают во второй реактор, где и происходит окончательная переработка угля в жидкое топливо. Там же располагаются вещества – катализаторы. В промышленности для этой цели могут использоваться разные соединения, но любое из них обязательно содержит железо, никель или кобальт. Не вдаваясь в тонкости химии, отметим, что на выходе из второго реактора получается горючее, которое должно еще пройти процедуру крекинга. То есть, разделение на бензин и дизельное топливо из угля.

Побочными продуктами реакции являются различные вещества и парафин. Среди выделяющихся летучих веществ наибольшая доля приходится на углекислый газ, что считается большой проблемой производства горючего подобным методом. Также достаточно быстро теряет активность катализатор, поэтому его постоянно требуется обновлять. Эти факторы, да еще ряд не столь значительных причин, приводят к высокой себестоимости продукта. При цене на нефть 50 долларов за баррель производство бензина из угля методом Фишера – Тропша считается нерентабельным.

Существует и другой метод газификации углей – термический. Он схож с явлением пиролиза, поскольку осуществляется нагревом сырья в емкости извне и при отсутствии кислорода. Другое дело, что разложение твердого топлива на газы происходит при температуре 1200 °С, а для этого требуется соответствующее оборудование. Позитивная сторона термического метода состоит в том, что часть пиролизных газов направляется на подогрев исходного сырья, а другая – на синтез бензина. За счет этого снижаются затраты на энергоносители, так как уголь во время разложения может подогревать себя сам.

Для справки. На просторах интернета можно найти описание разных установок, с помощью которых можно получить бензин из природного газа в домашних условиях. Вначале он конвертируется в синтез-газ, а затем перерабатывается в жидкое топливо. Даже если считать, что эти самодельные аппараты работоспособны, провести газификацию угля гораздо сложнее.

Выводы

Невзирая на то, что выделение моторного топлива из каменного и бурого угля вполне реально и давно проверено на производстве, организовать его в домашних условиях вряд ли возможно. Конечно, всегда найдется несколько умельцев – энтузиастов, что любят добиваться поставленной цели и смогут синтезировать бензин своими руками. Но для этого надо подробно изучить технологию и прилично повозиться с оборудованием, не говоря уже о пожарной опасности.

Для широкого круга домовладельцев и автолюбителей получение солярки и бензина из угля недоступно. А если подойти к вопросу с точки зрения экономики, то и нерентабельно. На данный момент, пока на эту тему не появилось новых изобретений и разработок, проще и надежнее пользоваться обычным, «нефтяным» бензином.

cotlix.com

В России создали уникальные мини-заводы, производящие дешёвую синтетическую нефть из углей

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

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

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

Работы по внедрению разработки ведутся в кооперации:

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

  •  

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

Мария Алисова

Источник.....

ncoal.ru

О синтетическом горючем - gasmain

Познавательное про синтетическое топливо из угля:

Известно, что бензин, керосин, соляр и мазут получают из нефти. Интересующиеся могут получить сведения по получению бензина и прочих видов топлива к примеру вот тут.В связи с этим многие считают, что нефтью Германия в интересующий нас период времени снабжалась исключительно из Румынии. Однако же это не совсем так. В самой Германии и в Австрии (которая была присоединена к Германии в 1937 году) имелись месторождения нефти.

Первоеупоминание о германской нефти относится к 1546 (тысяча пятсот сорок шестому году), когда немецкий ученый Георгий Агрикола, (настоящее имя Георг Павер) считающийся отцом немецкой минералогии, отметил, что в окрестностях Ханигсена найдена нефть. Нефть добывалась местными жителямии использовалась для смазывания осей телег и прочих подобных целей. Первая скважина в Германии была пробурена около Wietze, принадлежавшего тогда Ганноверу в 1859 году. Помышленная же добыча нефти началась в Германии с 1881 года, когда около Ольхейма было найдено месторождение нефти с достаточными запасами. Добывается нефть в Германии и по сей день.

В данной же статье пойдет речь о синтетическом горючем. Поскольку собственной нефти и импортируемой нефти не хватало, а после прихода Гитлера к власти был взят курс на автаркию,немецкие химики обратили свои взоры на то, чего в Германии всегда было много, а именно на каменный уголь. Основными методами производства в Германии являлись метод Бергиуса (он же метод гидрогенизации) и метод Фишера-Тропша.

 

На картинке слева направо — Бергиус, Фишер, Тропш.

Надо заметить, что методы получения жидкого топлива из угля разработаны немцами не в ходе Второй Мировой войны, а задолго до нее. Еще в 1913 году немецкий химиком Фридрих Бергиус получил жидкое топливо из угля и запатентовал свой метод. Суть метода заключалась в каталитической гидрогенизации угля при воздействии на него водорода под высоким давлением и при высокой температуре.

Практически это выглядело следующим образом: предварительно уголь измельчают, совмещая процесс измельчения с сушкой. Делается это для увеличения поверхности соприкосновения угля и водорода. Далее угольную пыль, замешивают в пасту, с прибавлением каменноугольной смолы и катализатора и подают в реактор — стальной цилиндр, снабженный мешалкой.Туда же подается водород. Процесс идет при давлении 250—300 атм и температуре 400—600°, в результате образуется масло, из которого разгонкой получают бензин и некоторые другие продукты, а именно каменноугольную смолу, которую вновь пускают в процесс. Получающийся в процессе разгонки газ также используют непосредственно в производстве как топливо. В качестве катализатора используется красный шлам— отходы бокситного производства. Тут надо отметить, что для гидрогенизации лучше всего подходил бурый уголь, поскольку ввиду своего состава из него выход жидкого топлива выше.

Общая схема синтеза по методу Бергиуса.

Подробнее о Бергиусе рассказано тут.

Неверно думать, что все это было придумано Бергиусом на пустом месте. Принципиальная возможность перехода твердого топлива в жидкие углеводороды нефти была доказана еще в 1869 г. французским химиком Марселином Бертло. Однако после его работ сложилось мнение, что практически провести такой процесс невозможно, так как химические реактивы, с помощью которых Бертло осуществлял свой опыт по гидрированиютвердого топлива, были слишком дороги и малодоступны.

В 1915 году Бергиус строит завод по производству синтетического топлива вРейнау, близ Мангейма. Однако Первая Мировая война закончилась, потребность в синтетическом горючем резко уменьшилась и Бергиус остаетсяне у дел. И только в 1921 году, продав свое патентное право (собственнопочему данный метод и известен как метод гидрогенизации) Бергиус продолжает работы по усовершенствованию данного метода. Между 1922 и 1925 гг. Бергиус добился непрерывности разработанного им процесса, возможности контролировать температуру в ходе реакции и открыл эффективный источник получения водорода путем сжигания смеси метана и кислорода. В 1931 г. Бергиусу была присуждена Нобелевская премия по химии «за заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии».

Второй метод — метод Фишера-Тропша и как следует из названия метода, разработаны Францем Фишером и Гансом Тропшем. В 1922—1926 гг. в результате исследований Фишера и Тропша был осуществлен в промышленном масштабе процесс получения синтетического жидкого топлива из смеси окисиуглерода и водорода (так называемого синтез газа) под низким давлением.В результате этого процесса, как и при гидрогенизации твердого топлива,образуется сложная смесь жидких углеводородов, из которых в конечном счете (используя разгонку) получается синтетический бензин.

Суть метода заключалась в следующем: уголь без доступа воздуха при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора из этих двух газов синтезируется бензин, солярка, мазут, пропан и т.д.. Товарные продукты конденсируются в охладителях, лёгкие фракции типа пропана , бутана и т.д. сжигаются в печи . Тепло выделяемое при сжигании и идёт на создание температуры для разложения угля. В качестве катализаторов используется железо или кобальт. Условиями проведения процесса являются: давление от 1 атм (для кобальтовых катализаторов) до 30 атм, температура 190—240 °C (низкотемпературный вариант, для кобальтового и железного катализаторов)или 320—350 °C высокотемпературный вариант, для железного).

Схема процесса прилагается.

Опять же не следует думать, что и данный метод Фишером и Тропшем создан на пустом месте. Еще в 1839 году немецкий же химик Густав Бишоф построил первый газогенератор, правда газ там получался из дерева. (Кстати вещество бишофит имеет свое название как раз из фамилии этого немца)

Существовали еще два метода производства жидкого топлива из каменноугольной смолы. (Каменноугольная смола — остаточный продукт послекоксования углей). Поэтому для производства жидкого топлива использовали либо отходы коксового производства, либо целенаправленно проводили пиролиз угля для получения каменноугольной смолы. Данный процесс именовался немцами карбонизацией и был двух видов: высокотемпературный (при температуре свыше 600 °C) и низкотемпературный,при котором целенаправленно добывалась каменноугольная смола, которая затем перерабатывалась в жидкое топливо путем возгонки. В качестве жидкого топлива использовался также алкоголь. История использования алкоголя такова. В 30 годы ввиду финансового кризиса для поддержки крестьян для добавок в топливо использовался алкоголь, перегоняемый из картофеля. Осуществлялось это все на уровне государства. Импортеры и производители были обязаны добавлять алкоголь в топливо, покупая его у государственной этиловой монополии, которая в свою очередь скупала излишки картофеля у крестьян. В разные годы процент алкоголя в топливе был разный. В самом начале процент алкоголя в топливе был 2,5 %, к 1937 году процент алкоголя в топливе вырос до 10, затем к весне 1939 года былснижен до 8,5. Весной 1939 года относительно добавки алкоголя в топливо, Германия была поделена на две части приблизительно по линии Bentschen на востоке и Bentheim на западе. К северу, где потреблялось примерна одна треть всего германского топлива, содержания алкоголя в топливе оставили неизменным, южнее этой линии алкоголь был заменен на тетраэтил свинец. Кроме того алкоголь мог использоваться и непосредственно как топливо.

Данная табличка показывает использование спиртов как топлива.

Как топливо использовался и бензол. Существовали также топливные смеси состоящие из алкоголя, бензола и тетралина.

Поскольку температура плавления у всех трех веществ разная, то возможно эта смесь разлагалась при низких температурах на фракции. (Возможно на этом основано мнение о том, что синтетический бензин якобы при низких температурах разлагается на фракции. Однако же данная смесь бензином вообще не является.) Раз уж пошел разговор о всевозможных эрзацах и

заменителях, необходимо отметить, что уже в довоенные годы в Германии использовался сжиженный бутан и пропан в качестве топлива. Оба эти газа —побочные продукты химического производства. Данное топливо обозначалоськак Triebgas. Смесь газов сжижали под давлением 2-3 атмосферы и заправляли в стальные баллоны длиной 1.3 метра и диаметром 30 см. В таком баллоне содержалось примерно 78 литров (или 35 кг) сжиженного газа. Грузовики работающие на газе обычно имели два таких баллона, а автобусы от трех до пяти. Грузовики осуществляющие перевозки на большие расстояния имели до 10 таких баллонов. Заправка таких газоавтомобилей осуществлялась путем замены баллонов и занимала примерно 10 минут. Крометого существовали автомобили оборудованные специальными емкостями, в которые помещалось 300 литров сжиженного газа, однако такие автомобили надо было заправлять на специальных заправочных станциях.

Теперь перейдем непосредственно к продуктам производства. Итак, в результате процесса синтезируются следующие продукты, имеющие значение как топливо: при гидрогенизации образуется преимущественно бензин, в результате метода Фишера Тропша — бензин, соляра и мазут. Остановимся набензине.

По немецкой классификации бензин используемый как автомобильный обозначался немцами Vergaserkraftstoff.Согласно статистическим данным — синтетический автобензин немцы получали методом Фишера Тропша. Бензин был окрашен в красный цвет и октановое число его было 72. Проводимые американцами исследования свойств этого бензина показали, что данный бензин теряет свою текучесть при температуре -23°C -25°C. Собственно американцами использовался термин pour point, что в отношении нефтепродуктов означает, что жидкостьпри данной температуре не может самостоятельно протекать по трубкам илитрубам. О каких то разложениях на какие то фракции при низких температурах (о чем постоянно пишут в русскоязычных интернетах) ничего не сообщается. Методом гидрогенизации опять же согласно немецкой статистики получали в основном авиационный бензин.

Авиатопливо имело следующие обозначения.

Бензин А3 — окрашивался в синий цвет. Октановое число 70, с добавлением тетраэтила свинца октановое число возрастало до 80. Использовался немцами для заправки учебных самолетов, что естественно неисключало и применение его в ходе боевых действий.

Бензин В4 — был также окрашен в синий цвет. Октановое число 72. При добавлении тетраэтил свица — 89. Использовался немцами для заправки бомбардировщиков.

Бензин С3 — зеленого цвета, использовался для заправки истребителей. Согласно опять же американских данных октановое число данного бензина в ходе войны повысилось от 94 в 1940 году до 97в 1943. Согласно тем же данным температура замерзания — freezing point — была ниже -60°C. Раз уж речь зашла об авиатопливе необходимо коснутся бензинаС2 — это тот же самый бензин, что и С3, но получаемый из нефти.

Кроме того существовала ависолярка с обозначениями Е1 и Е2.Поскольку самолетов с авидизелями у немцев как таковых и не было — упоминаю об этой маркировке топлива исключительно в порядке исторического интереса.

Топливо для реактивных самолетов обозначалось J2.

Теперь о заводах по производству синтетического топлива.

К 1 сентября 1939 года Германии имелось 7 заводов работающих по методу гидрогенизации, 7 заводов работающих по методу Фишера Тропша и еще несколько заводов работающих по методу получения бензина из каменноугольной смолы, остающейся после коксования угля. Месячная выработка синтетического топлива на всех этих заводах достигала 120.000 тонн. В 1941 году заводы по производству синтетического топлива произвели 4.1 миллиона тонн топлива и нефтепродуктов при общей выработкенефтепродуктов в 12 миллионов тонн. В последующие годы выработка синтетического топлива продолжала увеличиваться.

Наглядно количественные показатели представлены в следующей табличке.

Видно, что из года в год производство синтетического топлива (Synthetic production) неуклонно возрастало от 1.6 миллиона тонн в 1938 году до 5.7 миллионов тонн в 1944.

Положение заводов по производству синтетического горючего представлен на на следующей картинке.

 

Само собой строительство заводов сопряжено с огромными расходами.

Подсчитано, что для строительства 12 заводов синтетического топлива былоизрасходовано 4.6 миллиарда рейхсмарок (сумма по тем временам астрономическая), израсходовано 2.4 миллиона тонн стали и 7.6 миллионов человеко часов. Действительные же немецкие затраты были больше, поскольку к концы войны немцами было построено всего 18 заводов по гидрогенизации и 9 заводов для метода Фишера Тропша. Для производства синтетического топлива немцами было израсходовано 10 миллионов тонн каменного угля (что составило 4 процента от общей добычи каменного угля)и 50 миллионов бурого угля (20 процентов от общей добычи). В среднем напроизводство 1 тонны топлива расходовалось 4 тонны каменного угля или от 8 до 10 тонн бурого угля.

Несмотря на миллионные количественные показатели, на заводах по производству синтетического топлива работало относительно небольшое количество рабочих. Так в июле 1943 года их число составило всего 95 000человек.

Значение же синтетического топлива наглядно демонстрирует следующая табличка.

Данные за первый квартал 1944 года — это фактически пик немецкого производства, поскольку в данный период (в первый квартал 1944 года) объекты нефтепереработки и заводы по производству синтетического горючего почти не подвергались бомбардировкам. Необходимые пояснения к таблице — aviation gasoline — авиабензин, motor gasoline — автобензин, diesel oil — топливо для дизелей (солярка) fuel oil — мазут, lubricatingoils — смазочные масла, producer gas — попутные газы, используемые в производстве. Наглядно видно, что основная роль в производстве авиабензина (92 %) приходится именно на процесс гидрогенизации угля. Поизводство автобензина и синтетической солярки — примерно треть от всего произведенного. Производство мазута синтетическим путем — только 14 % от всего произведенного.

PS/ Если данная статья вызовет хоть какой то интерес — возможно продолжение по добыче и импорту нефти в Германии в период 33-45, производстве, потреблении и запасах топлива. Воздействие бомбардировок на положение с горючим и так далее и тому подобное. Можно также рассмотреть вопросы производства синтетической резины и еще кучу всего.

Использованные источники.

lomonosov-fund.ru/enc/ru/en...

xumuk.ru/encyklopedia/2/477...

xumuk.ru/encyklopedia/1029....

WWII Records of the United States Air Force

Oil as a factor in the German war effort, 1933-1945.

Petroleum facilities of Germany.

The Effects of Strategic Bombing on the German War Economy

Оригинал статьи тут: _nnm.ru/blogs/teufel65/sostoyanie_s_toplivom_v_nacistkoy_germanii_v_period_1933_-_1945/

gasmain.livejournal.com

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

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

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

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

Работы по внедрению разработки ведутся в кооперации:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

На выходе получается нефтеподобный продукт плотностью 0,95-0,96 г/см3. Для получения товарной нефти, из нефтеподобного продукта отделяются вода и угольный остаток. Выделенная углеводородная фракция СУН плотностью 0,825 г/см3разгоняется на товарные фракции с поочерёдным их отбором.

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

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

Мария Алисова

 

Информация взята с сайта

257

* Новости рассылаются в виде подборок каждую неделю

www.mining-portal.ru

В России создали уникальные мини-заводы, производящие дешёвую синтетическую нефть из углей: ru_an_info

  •  

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

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

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

Работы по внедрению разработки ведутся в кооперации:

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

  •  

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

Мария Алисова

ru-an-info.livejournal.com

Эколого-экономические аспекты глубокой переработки углей и получения из них синтетического жидкого топлива

В статье описывается возрастание значимости разработки технологий использования угля в качестве перспективного энергетического ресурса. Подчеркивается, что в Казахстане создание инновационных методов обогащения и переработки углей в топлива с новыми потребительскими свойствами является стратегической государственной задачей. Анализируется процесс получения моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья. Уделяется внимание способу получения  синтетического жидкого топлива путем прямой гидрогенизации исходного угля. Раскрывается сущность способа производства жидкого топлива на основе процесса гидрогенизации газа, предварительно полученного при газификации углей. На основе анализа научно-технической информации делаются научно обоснованные  выводы  о  состоянии  реализации  промышленной  технологии  гидрогенизации углей в мире. Рассматриваются проблемные вопросы, касающиеся строительства углехимического комплекса в Казахстане.

Подразделение видов топлива по агрегатному состоянию и происхождению

Все  топлива   по   агрегатному   состоянию   делятся   на   твердые,   жидкие   и   газообразные; по происхождению — на естественные и искусственные (см. табл. 1). Искусственные топлива получают в результате переработки  естественных топлив.

Виды топлива

Т а б л и ц а  1

         

Примечание. Использованы данные работы [1; 96].

Твердые топлива состоят из горючей органической массы, негорючей, или минеральных примесей и балласта. Органическая часть топлива содержит углерод, водород и кислород. Помимо этого в ней могут содержаться азот и сера. Негорючая часть топлива состоит из влаги и минеральных веществ.

Важнейшим жидким топливом является нефть, которая содержит 80–85 % углерода, 10–14 % водорода и представляет собой сложную смесь углеводородов. Помимо углеводородной части в нефти имеются небольшая неуглеводородная часть и минеральные примеси. Углеводородная часть нефти состоит из углеводородов трех рядов: парафинового (алканы), нафтенового (циклены) и ароматического (арены).

Газообразные парафиновые углеводороды от СН4 до С4Н10 находятся в нефти в растворенном состоянии и могут быть выделены из нее в виде попутных газов при добыче нефти. Жидкие парафиновые углеводороды от С5h22 до С15Н34 составляют основную массу жидкой части нефти и жидких фракций, получаемых при ее переработке.

Известно, что после страшного землетрясения в Японии и аварии на атомной станции Фукусима-1   от   строительства   атомной    станции    отказалась    Венесуэла;    отложила    работы по реализации проекта Болгария (по российским проектам). В Германии объявлен мораторий на продление сроков эксплуатации атомных станций. В Швейцарии приостановлены ядерные программы, которые предусматривают модернизацию действующих блоков и строительство новых АЭС.

«Заморожены» планы строительства пяти АЭС в Таиланде.

В этой ситуации в мировом энергетическом балансе возрастает роль традиционных энергоресурсов — угля, нефти, газа. В настоящее время в структуре потребления первичных энергоносителей на планете доминирует нефть, на ее долю приходится более 36 %; доля угля составляет почти 28 %, газа — 23,5 % [2; 32].

Безусловно, энергетика сегодняшнего дня не может существовать без нефти — главного источника  энергии. Нефть  — кровь  нашей  цивилизации.  Однако, по  мнению  экспертов,  запасы нефти, а также другого главного сырьевого ресурса энергетики — природного газа будут исчерпаны уже в ближайшие десятилетия. Так, по одним экспертным оценкам, предельное истощение запасов нефти и природного газа может наступить уже к 2035 г., по другим, более оптимистическим, этих ресурсов хватит на 100 и более лет. Кроме того, неустойчивость мировых цен на эти энергоресурсы не может создать стабильной основы для дальнейшего поступательного развития экономик стран мира. Немаловажен и еще один аспект — уязвимость магистральных трубопроводов.

Поскольку степень  истощения кровеносной системы  нашего мира  оценивается почти в 90  % по нефти и в 75 % по природному газу, встает закономерный вопрос: что же может стать заменой нефти в жилах цивилизации? Что может обеспечить ее жизнедеятельность, ее развитие и процветание?

Возрастание значимости создания технологий использования угля в качестве перспективного энергетического ресурса

В настоящее время уголь является одним из самых распространенных ископаемых видов твердого топлива, имеющий на протяжении довольно длительного времени самый быстрый рост потребления. Сейчас около 41 % произведенной электроэнергии в мире — угольная генерация. Отсюда  мировой  тенденцией  являются  разработка  и  создание  технологий  использования      угля в качестве наиболее перспективного (с учетом практически неисчерпаемых запасов) энергетического ресурса.

Уголь и в дальнейшем будет одним из главных энергоресурсов, способных удовлетворить основные энергетические потребности растущего населения и развивающейся мировой экономики. Согласно прогнозам МЭА и ВР ожидаемый темп роста потребления угля в мире в период до 2020 г. составит около 2 % в год, за период 2020–2035 гг. — 0,4–0,3 %. В течение следующего десятилетия уголь будет вносить самый большой вклад в рост потребления топлива для электрогенерации — к 2020 г. на его долю придется 44 %, к 2030 г. эта цифра снизится до 39 % [3; 42].

При этом важно отметить то, что угольная промышленность входит в первую дясятку отраслей промышленности,  оказывающих  наибольшее  негативное  воздействие  на   окружающую   среду. Это воздействие проявляется в выбросе вредных веществ в атмосферу, заборе воды из природных источников, сбросе загрязненных сточных вод в водные объекты, изъятии из землепользования и нарушении земель, образовании и размещении отходов производства во внешних породных отвалах.

В сложившихся условиях встает вопрос о рациональном использовании углей, понимая под этим максимально возможное в рамках экономической рентабельности и необходимых мер по охране среды потребление их полезных качеств.

В условиях крупных объемов добычи рациональное использование углей представляет собой важную задачу, которая предусматривает не только основные традиционные направления — собственно топливное и коксохимическое, но и достаточно широкий диапазон так называемых нетопливных видов их потребления  (рис. 1).

 

Рисунок 1. Схема основных направлений переработки и использования органической части углей (данные работы [4; 239]) 

Как показывает зарубежный опыт, глубокая переработка углей позволяет экономить ресурсы природного газа и нефти и обеспечивать потребителей топливом в регионах, где есть месторождения угля, но нефтепереработка отсутствует. Проблемой обеспечения энергобезопасности путем глубокой переработки топлив занимаются все развитые страны мира, причем на государственном уровне.

Эта тенденция обусловлена тем, что продукты, получаемые в результате конверсии углей, могут не только эффективно заменить природный газ и жидкое топливо, но и служить исходным сырьем для производства экологически безопасных ультрачистых бензина, авиационного, ракетного и дизельного топлива, водорода и ценных химических веществ (восков, церезина и др.). Поэтому научнотехническим программам, предусматривающим разработку технологий переработки угля в продукты топливного и химического назначения, в странах — мировых лидерах придается не меньшее значение, чем программам по обеспечению национальной безопасности. Так, в США ежегодный вклад государства в проблему комплексного и рационального использования углей и сланцев составляет около 1 млрд долларов [5; 91].

В Казахстане создание рациональных, инновационных методов обогащения и переработки углей в топлива с новыми потребительскими свойствами является также стратегической государственной задачей.

Целесообразность развития глубокой переработки угля в Казахстане на современном этапе экономического развития

В 2014 г. была принята «Концепция развития топливно-энергетического комплекса Республики Казахстан до 2030 года», согласно которой в структуре производства электроэнергии угольные электростанции останутся базовой основой производительной системы экономики. Тем не менее к 2030 г. их доля в общем объеме выработки электроэнергии должна составить 55 %, по сравнению с нынешним уровнем — 74 % [6; 7].

 

В соответствии с «Концепцией по переходу к «зеленой экономике» [7; 2] к 2020 г. в республике планируется увеличение доли производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии до 3 %, к 2030 г. — до 10 %, к 2050 г. — до 50 %, с учетом электроэнергии АЭС.

Подобный сценарий развития отечественной отрасли, в свою очередь, продиктован глобальными тенденциями, связанными с сокращением доли угольных электростанций в сфере генерации. Сегодня темпы добычи угля в Казахстане значительно опережают динамику спроса на внутреннем рынке энергоресурсов. При этом увеличения емкости рынка потребления можно ожидать лишь в долгосрочной перспективе, по мере роста населения, экономики, экспорта и других определяющих факторов, способствующих введению в строй новых угольных электростанций. Так или иначе, но уголь Казахстана в нынешних условиях требует поиска других сфер приложения, кроме печной топки.

Дело в том, что топливно-энергетический сектор республики (и прежде всего угольная отрасль) является одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Как следствие, современная экологическая ситуация в Республике Казахстан характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на природную среду и значительными экологическими последствиями прошлой хозяйственной деятельности. В свете реализации Стратегии «Казахстан – 2050» достижение стратегической цели государственной политики в области экологического развития предусмотрено осуществлять путем решения ряда социально-экономических задач, обеспечивающих экологически ориентированный рост экономики, среди которых одно из значимых мест отводится предотвращению и снижению негативного воздействия на окружающую среду.

Значит, на современном этапе экономического развития назрела острая необходимость в совершенствовании переработки угля, что может обеспечить качественное изменение потребительских свойств этой продукции и, соответственно, увеличить ее рыночную цену. Речь идет о выходе за пределы рынка энергетического угля и создании нового направления в угольной отрасли — углехимического, связанного с получением из угля продукции других переделов. Известно, что до настоящего времени в Казахстане целенаправленной работы в этом направлении не проводилось.

Получение синтез-газа и продуктов на его основе

Жидкое топливо, получаемое при переработке нефти, как в нашей стране, так и за рубежом используется  в  основном   различными   видами   транспорта   и   энергетическими   установками при производстве электрической и тепловой энергии. В связи с дальнейшим развитием всех видов транспорта, особенно автомобильного и авиационного, возрастает потребность в бензине, керосине, дизельном    топливе    и    других    продуктах    переработки,    получаемых    в    настоящее    время из традиционного сырья — нефти. Из-за ограниченности ее запасов в перспективе могут возникнуть проблемы в обеспечении страны моторным топливом на основе переработки нефти. В этой связи практическое  значение  приобретает  проблема  увеличения  ресурсов  жидкого  топлива.  Решать ее, в первую очередь, необходимо за счет повышения коэффициента извлечения  светлых нефтепродуктов (бензин, керосин) из перерабатываемой нефти.

Ресурсы жидкого топлива можно также увеличить за счет вовлечения в переработку нетрадиционных источников сырья.

Как считают специалисты [8; 48], для промышленности Казахстана и других стран мира  одним из перспективных направлений является получение углеводородов и других промышленно важных товарных продуктов из синтез-газа, природного газа, угля, биомассы и другого ненефтяного сырья. В условиях, когда запасы нефтяных месторождений в значительной степени истощились и, соответственно, возросла стоимость добычи нефти, проблема использования альтернативных источников получения бензина и других видов топлива стала реальной.

На рисунке 2 представлена схема получения моторного топлива из  ненефтяного углеводородного сырья: угля, биомассы и природного газа.

Рисунок 2. Получение моторного топлива из ненефтяного углеводородного сырья (данные работы [8; 50]) 

Схемы переработки сырья близки: на первой стадии происходит превращение в синтез-газ (СО+Н2), затем синтез-газ перерабатывают в метанол (традиционная схема) или диметиловый эфир (ДМЭ), а также в жидкие углеводородные смеси, которые превращаются в моторное топливо (бензин, дизельное топливо).

Смесь монооксида углерода и водорода — «синтез-газ» — довольно легко получить из природного сырья пропусканием водяного пара над углем (газификация угля) или конверсией природного газа (состоящего в основном из метана) в присутствии 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 [9; 66].

Существуют важные стимулы для применения способа превращения угля и природного газа в жидкое топливо: жидкое топливо легче транспортировать и использовать, чем уголь.

В последнее время внимание исслед

articlekz.com