16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/45/3044.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 5 (45) май 2004 года

Калейдоскоп

Наука и новые технологии Евгений ХРУСТАЛЕВ 2445

Как получить бензин из углеводородного газового сырья?

Ответ на этот вопрос знают в Институте нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева Российской академии наук. Здесь разработали экологически чистую технологию получения синтетического моторного топлива из газового углеводородного сырья с большим выходом конечного продукта (90% и выше). Меж тем проблема получения жидких продуктов различного назначения из газового углеводородного сырья уже много десятилетий будоражит умы исследователей всех промышленно развитых стран мира.

Топливное направление переработки углеводородных газов, как отмечают экономисты, находится на пределе рентабельности и не может конкурировать с топливами, получаемыми из нефти. В то же время нестабильность рынков нефти говорит о необходимости учитывать возможность перехода на иные виды сырья при производстве бензина.

Кроме того, стоимость моторных топлив в отдаленных и труднодоступных районах, а также экологические проблемы, связанные с большим количеством попутных нефтяных газов при их производстве, явно свидетельствуют, что использовать синтетические моторные топлива гораздо экологичнее и экономичнее.

Поэтому в последние годы XX века интерес к промышленному использованию углеводородных нефтяных газов в качестве сырья для моторных топлив получил новый импульс.

Но до настоящего времени для получения синтез-газа применяли процесс конверсии метана с водяным паром в присутствии кислорода на катализаторах на основе никеля CH4+H2O = СО+3Н2.

У этого процесса есть два основных недостатка: его энергоемкость и необходимость создания специального завода по производству кислорода. Что не только увеличивает стоимость процесса, но и увеличивает технический риск (в 1997 году на одном из производств по получению синтетического топлива произошел разрушительный взрыв). В присутствии кислорода происходят реакции с выделением тепла. В результате в синтез-газе появляется заметное количество углекислоты - в некоторых случаях соотношение СО/СО2 близко к двум.

Для устранения первого недостатка энергозатратную паровую конверсию метана с водяным паром (паровой риформинг) стали комбинировать в одном аппарате с энергопроизводящей реакцией парциального (частичного) окисления метана кислородом. Этот комбинированный процесс получил название "автотермический риформинг". Тем не менее, конечный продукт оставался очень дорогим.

Способ получения синтез-газа в процессе парциального окисления метана пытались развивать на фирмах Техасо Inc. и Royal Dutch/Shell Group. Но процесс требовал высоких температур (1200-15000С) и давления (до 150 атм), а в качестве окислителя на мощных промышленных установках опять-таки приходилось использовать кислород.

Бензин получался либо низкого, либо высокого качества, но очень дорогой. На всех этапах получения продукта требовалось использовать только высокочистое сырье. Это требовало больших затрат на его подготовку и очистку и усложняло технологическую схему.

Успеха удалось добиться лишь ученым Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, которые разработали технологию, обеспечивающую по максимально простой и экономичной схеме получение высокооктанового экологически чистого бензина с хорошим выходом конечного продукта, удовлетворяющего перспективным требованиям стандарта Евро-4, которые будут введены в 2005 году.

Сущность нового метода получения бензина состоит в следующем.

Сначала при повышенном давлении получают синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся (непрореагировавший) углеводород и балластный азот. Затем путем конденсации из синтез-газа выделяют и удаляют воду и осуществляют газофазный, одностадийный каталитический синтез диметилового эфира. Полученную таким образом газовую смесь без выделения из нее диметилового эфира под давлением пропускают над модифицированным высококремнистым цеолитом для получения бензина и охлаждают газовый поток для выделения бензина.

Получение синтез-газа при этом осуществляют различными способами. Например в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. Или же путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром. Или путем автотермического риформинга. При этом процесс проводят при подаче воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода.

В итоге удается получить бензиновую фракцию с выходом до 90%. Выход сухого газа составляет 8,5%. Экологически вредных выбросов в данной технологии на порядок меньше. Кроме того, при изготовлении бензина отсутствуют такие ядовитые компоненты, как бензол, дурол и изодурол, что говорит о том, что новая технология имеет и важное экологическое значение.



Технология получения водорода из отходов биомассы

В поиске незагрязняющих окружающую среду источников энергии часто говорят о больших перспективах водородного топлива. В настоящее время большинство водорода производится из ископаемых видов топлива, таких, как природный газ, с использованием многоступенчатых и высокотемпературных процессов.

Химикам Висконсин-Медисонского университета удалось разработать новый эффективный процесс, с помощью которого можно производить дешевое водородное топливо непосредственно из ботвы растений. Этот источник водорода является нетоксичным и негорючим, и поэтому его можно безопасно транспортировать в обычной таре в виде сухого твердого сырья.

В статье, опубликованной в журнале "Nature" за авторством ученого-исследователя Рэнди Кортрайта, аспиранта Рупали Давда и профессора Джеймса Думесика, описывается процесс, посредством которого глюкоза, являющаяся источником энергии и используемая большинством растений и животных, преобразуется в водород, при этом углекислый газ и газовые алканы с водородом составляют 50 процентов от количества начального продукта. Более очищенные молекулы, типа этиленгликоли и метанола, почти полностью преобразуются в водород и углекислый газ.

"Этот процесс не скажется на глобальном потеплении, поскольку он нейтрален, - говорит Кортрайт. - Двуокись углерода производится как побочный продукт, но биомасса растения, которая вырастает на полях для последующего производства из нее водородного сырья, вберет в себя тот объем выпущенного углекислого газа на следующий год, трансформируя его в углерод".

Глюкоза производится в больших количествах, например в форме кукурузной патоки (из кукурузного крахмала), но может также быть сделана из сахарной свеклы или дешевых отходов биомассы бумажной фабрики, сыворотки сыра, кукурузной ботвы или древесных отходов. Получение водорода будет тем выше, чем большее количество очищенных молекул глюкозы удастся получить из исходного сырья. Поэтому ненужные отходы биомассы, вероятно, будут самым экономичным и эффективным сырьем для производства энергии.

"Мы полагаем, что мы сможем сделать усовершенствования к катализатору и реактору, которые увеличат количество водорода, который мы получаем из глюкозы, - говорит Думесик. - Побочный газовый продукт насыщенных ациклических углеводородов (алканы) может использоваться как источник энергии для двигателя внутреннего сгорания или как твердо-окисный топливный элемент. Потребуется очень мало дополнительной энергии, чтобы запустить этот процесс".

Поскольку метод, разработанный химиками Висконсин-Медисонского университета, происходит в жидкой фазе и при довольно невысоких температурах (до +227°C), водород производится без необходимости выпаривания воды.

Кроме того, такие низкие температуры, при которых удается получать водородное топливо, - результат очень низкой концентрации угарного газа (СО), что позволяет производить искомый топливный элемент путем полной отсортировки водорода при первом же процессе извлечения. Малое количество СО в полученном водородном топливе снижает до минимума те недостатки, которые стояли на пути использования этого топливного элемента на практике. А причина состояла в том, что большие концентрации СО выводят из строя электродные поверхности низкотемпературных водородных топливных элементов.

Оценки будущих объемов водородного топлива, которое может быть получено путем переработки отходов биомассы растений, показали, что данный процесс может послужить эффективным производством экологически чистой и дешевой электроэнергии.



Эффективная мини-гидроэлектростанция

В Международной академии технологических наук разработана конструкция малогабаритной гидроэлектростанции, применение которой может быть целесообразно на небольших предприятиях или фермерских хозяйствах. Новая мини-гидроэлектростанция обладает повышенной удельной эффективностью при простоте конструкции и надежности эксплуатации.

Как известно, гидроэлектростанция - это самый эффективный производитель электроэнергии, который работает на неисчерпаемых источниках движения потоков воды. В отличие от АЭС, она безопасна, а в отличие от ветро- и солнечных генераторов - более производительна. Поэтому принцип получения энергии за счет движения воды имеет самый высокий КПД. Однако построить ГЭС вне больших крупных рек невозможно. Отсюда встала задача разработки мини-гидроэлектростанций высокой мощности.

В мире разрабатывались различные конструкции таких машин. Но ни одна из них не позволяла решить задачу эффективного построения системы в целом.

В Международной академии технологических наук была разработана конструкция малогабаритной мини-гидроэлектростанции, которая обладает большей эффективностью и надежностью конструкции.

Она содержит установленный на плотине сифонный трубопровод с всасывающей и сбрасывающей ветвями, во внутренней полости которого расположена энергетическая установка с приводным механизмом, и систему запуска сифонного трубопровода, включающую на выходе регулируемую задвижку. Приводной механизм энергетической установки расположен в сифонном трубопроводе, между противокавитационным устройством и регулируемой задвижкой, причем система запуска выполнена в виде насосной установки, всасывающим патрубком связанной с сифонным трубопроводом в верхней его части. Противокавитационное устройство дополнительно включает сплошной или решетчатый фартук, расположенный на всасывающей ветви сифонного трубопровода, который может перемещаться и фиксироваться в заданном положении.

Расстояние между опорами сифонного водопровода, устанавливаемыми на плотине, и расстояние от горизонтальной поверхности плотины до верхней части сифонного трубопровода выбираются из условия прохождения соответствующих транспортных средств.



Топливные элементы на сахаре

Американские ученые из университета штата Висконсин разработали технологию, которая позволяет использовать в качестве источника энергии для водородных топливных элементов обыкновенный сахар.

Чтобы получить водород, являющийся конечным топливом для таких элементов, группа под руководством Джеймса Думесича извлекает глюкозу из растений при температуре 200°С и под большим давлением. Затем она пропускается через специальный катализатор, представляющий из себя микрочастицы платины, рассеянные по губчатой подложке из оксида алюминия. В результате глюкоза распадается на водород, двуокись углерода и метан. Использование неорганических составляющих процесса обеспечивает больший выход водорода, чем при получении его с помощью бактерий, и гораздо меньший расход энергии, чем при гидролизе.

Ученые считают, что их метод позволит перерабатывать не только глюкозу, но и любые отходы растительного происхождения. В данный момент также ведутся исследования с целью заменить достаточно дорогую платину на более дешевые компоненты.

Если коммерческие компании возьмутся за широкое внедрение описанной технологии, то автомобили на сиропе из "Незнайки в Солнечном городе" Николая Носова вполне могут стать реальностью. На сегодняшний день о создании действующих прототипов машин на водороде уже заявили несколько крупных производителей автомобилей, в том числе концерны Ford и DaimlerChrysler.



В России учатся экономить тепло

Московским машиностроительным производственным предприятием "Салют" разработана новая энергетическая установка, работающая на смеси пара и продуктов сгорания, которая позволяет уменьшить потери тепла в окружающую среду и упростить действующую схему установки.

Недостатками известных конструкций энергетических установок являются либо большие потери тепла с отходящей парогазовой смесью и использование в тепловом насосе экологически опасного рабочего тела - фреона, либо сложности ее систем водо- и теплоснабжения. И в результате не избежать больших потерь тепла в окружающую среду из-за несбалансированности всей системы, например большой температуры парогазовой смеси, поступающей в конденсатор, и большего количества пара, необходимого сконденсировать в конденсаторе.

Новая система основана на том, что в энергетическую установку дополнительно был встроен контактно-вакуумный испаритель, сообщенный по входу со вторым выходом первого конденсатора. При этом насос-нагнетатель установки подключен входом к первому выходу контактно-вакуумного испарителя, а выходом - ко второму входу первого конденсатора. Потребовалось также использовать вакуумный компрессор, второй конденсатор и питательный насос.

Химическая очистка воды осуществляется в контактно-вакуумном испарителе и втором конденсаторе, что позволяет упростить как систему водоподготовки котельной воды, так и схему установки в целом.

Работа парогазовой установки была опробована на примере подачи пара в камеру сгорания, при этом оказалось, что ввод пара может осуществляться как в проточную часть турбины, так и в проточную часть компрессора, а также и в другие точки газо-воздушного тракта.



Углеродный шелк для топливных элементов

Ученые не прекращают поисков альтернативных источников энергии, которые призваны заменить не слишком-то надежные аккумуляторы и батареи, используемые в различного рода электронных устройствах. Одним из решений считается создание углеводородных топливных элементов, которые используют в качестве "источника энергии", например метанол или попросту спирт.

Существенным недостатком новых "батареек" является их дороговизна, связанная с необходимостью использования платины в качестве катализатора процесса расщепления углеводородного топлива.

Возможно, что изобретение японских ученых позволит снизить стоимость альтернативных топливных элементов и сократит их путь до прилавков. Дело в том, что японская компания Shinano Kenshi Co создала материал, получивший название "углеродный шелк" (carbon silk). Главное достоинство углеродного шелка состоит в том, что его использование позволяет сократить потребности в платине без изменения энергоотдачи топливного элемента. Иными словами, цена углеводородного элемента должна упасть.

Углеродный шелк создается на основе особым образом обработанных нитей натурального шелка или даже "шелковой пудры", то есть порошка, полученного при измельчении шелковых нитей. В эксперименте, проведенном японскими учеными, было установлено, что энергоотдача топливного элемента составляет не менее 34 МВт с каждого квадратного сантиметра нового каталитического материала. При этом расход дорогостоящей платины не превышает 1,0 мг/кв. см.

Кроме того, выяснилось, что "побочным" качеством углеродного шелка является отличная абсорбция материала, которая позволяет использовать его в качестве элементов воздушных фильтров, в том числе и в электронной технике, весьма чувствительной к пыли.

Провод, АЭС, Котельная, Мощность, Теплоснабжение, Топливо, Турбины, Электроэнергия , Энергия , Кабельная арматура, Электростанция,

КалейдоскопКод PHP" data-description="" data-url="https://www.eprussia.ru/epr/45/3044.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/share.jpg" >

Похожие Свежие Популярные