CC BY
18
УДК 662.7
Гатина Р.З. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Потапов А.А., к. ф. -м. н.
доцент кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ЖИДКИХ ТОПЛИВ
Рассматриваются основные этапы производства синтетических жидких топлив из природного газа. Особенности преобразования метана в синтез-газ и получения органических соединений. Перспективы осуществления одноэтапного процесса синтеза метанола непосредственно из метана.
Ключевые слова: природный газ, синтез-газ, метанол.
Gatina R.Z.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Potapov A.A.
candidate of physico-mathematical sciences assistant professor of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
FEATURES OF THE PRODUCTION TECHNOLOGY OF SYNTHETIC LIQUID FUELS
The main production phases of synthetic liquid fuels from natural gas are considered. Features of transformation of methane to synthesis gas and receiving organic compounds. Perspectives of implementation of one-stage process of synthesis of methanol directly from methane.
Keywords: natural gas, synthesis gas, methanol.
Появление и развитие индустрии по сжижению природного газа способствовало развитию газовых технологий в районах, не располагающих ресурсами газа. Примером может служить Япония и Южная Корея, которая исключительно на импортном сжиженном природном газе (СПГ) построила свою национальную газовую индустрию.
Все возрастающий интерес во всем мире, а также в России, к производству ценных жидких продуктов из природного или попутного нефтяного газа, а также ужесточение экологических требований при добыче нефти дало толчок для разработки новых высокоэффективных технологий,
связанных с модернизацией первой, наиболее энергозатратной и дорогой стадией получения синтез-газа.
Поэтому одним из перспективных направлений развития производства жидких углеводородов может стать так называемая технология ОаБ-То-Ыдшё (ОТЬ, «газ в жидкость»), которая позволяет производить моторное топливо высокого качества из природного газа, минуя нефтяную сырьевую базу [1].
Подобно технологиям СПГ технологии производства ОТЬ можно разделить на крупнотоннажное и малотоннажное производство. Природный газ - это достаточно инертная смесь (состоит до 98% из метана), поэтому первая стадия переработки - превращение его в более реакционно способный синтез-газ (смесь оксидов углерода и водорода). На второй стадии из синтез-газа с помощью катализаторов получают органические соединения. Однако на каждой стадии производства существуют свои проблемы [2].
Например, существуют разные варианты преобразования метана в синтез-газ (углекислотная и паровая конверсия, окисление кислородом или воздухом). В промышленности практически не используют углекислотную конверсию метана (СН4+СО2=2СО+2Н2) так как результатом реакции является синтез-газ с низким показателем соотношения 1:1 (Н2:СО), что весьма невыгодно для получения водорода или метанола. Если проводить процесс окисления метана воздухом, тогда получается синтез-газ, который содержит в себе азот объемом не менее 50-60%, что не очень удобно для дальнейших реакций. Поэтому в промышленности довольно широко используют паровую и парокислородную конверсии метана. При не высоких давлениях 1-3 МПа, но достаточно высоких температурах 800-900°С с помощью никелевых катализаторов реакцию можно довести до конца. Но процесс получается очень дорогим, что аналогично, если окислять метан чистым кислородом. Дороговизна и заставляет исследователей искать новые технологические решения для этой стадии.
Существует два промышленных варианта крупномасштабной переработки синтез-газа: реакция Фишера-Тропша, после которой получается смесь углеводородов, и синтез метанола.
Использование синтеза Фишера-Тропша приводит к получению смеси углеводородов, которая требует дальнейшей переработки. Это наиболее быстрый путь, который используют в промышленности, однако в современном виде не имеет больших перспектив. Это связано с двумя его недостатками: у катализаторов низкая производительность и слишком сложная смесь продуктов в результате. На катализаторах (с железом или кобальтом) получается разнообразный состав углеводородов - от С1 до С30. Такая смесь требует дальнейшей переработки, что наиболее соответствует процессам нефтеперерабатывающей промышленности. Однако получить товарный продукт в одну стадию уже не удается. Поэтому себестоимость получаемого синтетического топлива существенно выше, чем топлива из
нефти [3].
Вторым вариантом является синтез метанола - конверсия полученного синтез-газа в метанол, который осуществляется в реакторах в присутствии катализатора. Каталитический процесс синтеза метанола происходит с выделением теплоты, которую необходимо отводить существующими способами для обеспечения равномерного распределения температур во всем объеме реактора, что весьма сложно. Это необходимое условие для достижения высокой степени селективности конверсии с целью получения чистого продукта. Степень конверсии углеводородов на практике не превышает 8-12% за один проход, поэтому для ее повышения приходится вводить многократную рециркуляцию синтез-газа, что связано с энергозатратами. При этом получаемый из реакторов метанол содержит достаточно большое количество примесей, которую можно удалить с помощью процесса ректификации, что в свою очередь также требует энергозатрат [4].
Во многих странах ведутся исследования по осуществлению одноэтапного процесса синтеза метанола непосредственно из метана, минуя стадию получения синтез-газа или совмещая с ней. Существует ряд разработок, где в отличие от традиционной, наиболее энергозатратной технологии, предлагается использовать реакцию частичного окисления метана при высоких температурах и недостатке кислорода, что сопровождается большим тепловыделением. При этом сам процесс может быть некаталитическим, что позволит значительно упростить и удешевить технологию производства. Предлагаются различные инженерные идеи, например, в качестве исходных установок для создания генераторов синтез -газа использовать энергетические установки, в которых могут быть получены высокие температуры. К ним относятся газовые и паровые (с противодавлением) турбины, ракетные двигатели, ядерные реакторы, модифицированные дизельные двигатели и др.
Поэтому можно констатировать, что уже в самое ближайшее время можно ожидать создание конкурентоспособных процессов по производству моторных топлив из природного газа - сырья, альтернативного нефти.
Использованные источники:
1. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Особенности производства моторных масел из природного газа. // Инновационная наука. - 2016. - № 5-2 (17). - С. 57-59.
2. Энциклопедия газовой промышленности. 4-е изд. Пер. с франц.: Ред. пер. Басниев К.С. - М.: Акционерное общество ТВАНТ, 1994. 884 с.
3. Гафуров Н.М., Хисматуллин Р.Ф. Зарубежный опыт производства синтетических моторных топлив. // Инновационная наука. - 2016. - № 5-2 (17). - С. 55-57.
4. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. - М.: Изд-во «Нефть и Газ», 2009. - 640 с.
