1.
Современное состояние нефтехимического синтеза. Главные продукты и технологии
Разработка других видов горючего и новых направлений в области переработки природного газа и других источников углерода. Технологии синтеза диметилового эфира из биомассы и синтез-газа. Особенности нестандартных процессов получения горючего.
контрольная работа [227,2 K], добавлена 04.09.2010

2.
Чистка конвертированного газа от монооксида углерода
Описание конверсионного метода получения водорода как его восстановления из водяного пара окисью углерода, содержащейся в продуктах газификации горючего. Анализ технологической схемы процесса, черта отходов и применяемых хим реакторов.
курсовая работа [3,0 M], добавлена 22.10.2011

3.
Сравнительный анализ: способы получения синтез-газа
Методы получения синтез-газа, газификация каменного угля. Новые инженерные решения в газификации угля. Конверсия метана в синтез-газ. Синтез Фишера-Тропша. Аппаратурно-техническое оформление процесса. Продукты, получаемые на базе синтез-газа.
дипломная работа [3,5 M], добавлена 04.01.2009

4.
Водород — горючее грядущего
Исследование физических и хим параметров водорода, способов его получения и внедрения. Черта топливного водородно-кислородного элемента Бэкона, хранения энергии планирования нагрузки. Анализ состава галлактического горючего, особенной роли платины.
курсовая работа [58,6 K], добавлена 11.10.2011

5.
Синтез метанола
Синтез метанола из оксида углерода и водорода. Технологические характеристики метанола (метиловый спирт). Применение метанола и перспективы развития производства. Сырьевые источники получения метанола: чистка синтез-газа, синтез, ректификация метанола-сырца.
контрольная работа [291,5 K], добавлена 30.03.2008

6.
Водород как другой источник горючего
Особенности производства и методы хранения водорода, способы его доставки водорода. Электролизные генераторы водорода для производства, достоинства их использования. Состав электролизного блока HySTAT-A. Водород как неопасная кандидатура бензину.
презентация [2,9 M], добавлена 29.09.2012

7.
Хим переработка углеводородного сырья
Роль углеводородов как хим сырья. Получение начального сырья и главные нефтехимические производства. Черта товаров нефтехимии. Структура нефтехимического и газоперерабатывающего комплекса Рф. Инновационное развитие отрасли.
курсовая работа [272,0 K], добавлена 24.06.2011

8.
Стадия чистки конвертированного газа от диоксида углерода
Физико-химические базы процесса производства аммиака, особенности его технологии, главные этапы и предназначение, объемы на современном шаге. Черта начального сырья. Анализ и оценка технологии чистки конвертированного газа от диоксида углерода.
курсовая работа [1,1 M], добавлена 23.02.2012

9.
Попутные нефтяные газы
Суть понятия «нефтяные газы». Соответствующая особенность состава попутных нефтяных газов. Нахождение нефти и газа. Особенности получения газа. Газовый бензин, пропан-бутовая фракция, сухой газ. Применение газов нефтяных попутных. Пути утилизации ПНГ.
презентация [2,5 M], добавлена 18.05.2011

10.
Развитие хим технологии на базе синтез-газа
Исследование способности внедрения синтез–газа в виде альтернативного нефти сырья, его роль в современной хим технологии. Получение метанола, суммарная реакция образования. Продукты синтеза Фишера–Тропша. Механизм гидроформилирования олефинов.
реферат [1,6 M], добавлена 27.02.2014

Другие работы, подобные Современные технологии газификации

Расположено на http://www.allbest.ru/

Расположено на http://www.allbest.ru/

1. Состояние исследовательских работ в области производства горючего и энергии из углеводородного сырья
Главные источники горючего и энергии в современном мире — природные углеводородные газы, водянистые нефти и твердые органические вещества, к которым относятся нефтебитумы, сланцы и каменные угли [1]. Источником сырья для получения моторных топлив и товаров основного органического синтеза в протяжении всего прошедшего века была и до сего времени остается нефть. Но, в текущее время положение начинает изменяться. Темпы роста разведанных припасов нефти уже не успевают за ее потреблением. Цены на сырую нефть выросли c 1999 г. по 2008 г. в 8 раз. Сокращение припасов нефти, в принципе, может в течение многих десятилетий компенсироваться за счет разработки других нужных ископаемых. В длительной перспективе уголь, припасов которого при сегодняшних темпах употребления хватит более чем на 1000 лет, может занять доминирующую позицию в мировой энергетике на базе новых технологических решений. По экспертным оценкам, в 2015 г. толика нефти на мировом энергетическом рынке сократится до 36-38%, в то время как толика газа вырастет до 24-26%, угля до 25-27%, на долю гидро- и атомной энергетики придется по 5-6%. Объем добычи угля к 2015 году в Рф составит 335 млн.т/г. [2].
Развитие нефтеперерабатывающей индустрии в мире в текущее время обосновано ростом спроса на моторные горючего, продукты нефтехимии и понижением употребления продукции нефтепереработки в энергетическом и промышленном секторах экономики [3]. В США и Западной Европе фактически весь объем серьезных вложений применен для строительства новых вторичных процессов по облагораживанию и улучшению свойства промежных товаров первичной переработки нефти, улучшающих экологические свойства продукции действующих заводов.
Основная задачка нефтяной отрасли Рф, с учетом соотношения цен на сырую нефть, котельные и моторные горючего, глобальных тенденций употребления нефтепродуктов, также заключается в увеличении глубины переработки. Но, мировые тенденции в нефтегазовом комплексе — повышение глубины и эффективности переработки углеводородного сырья, увеличение свойства нефтепродуктов, развитие нефтехимии в целом — на Россию не распространяются, а ведь конкретно технический уровень развития нефтепереработки и газохимии, получения синтетических топлив и углеводородного сырья для хим и нефтехимической индустрии, в стратегическом плане определяет соответствие добывающего и хим комплексов, в целом.
На современном шаге для реализации программки развития производственной базы нефтехимии большой энтузиазм представляют технологии, основанные на использовании новых поколений каталитических систем. Сначала технологии, обеспечивающие создание как компонент высокооктановых бензинов, в т.ч. синтетического водянистого горючего, так и базисного сырья для нефтехимии (олефинов, ароматичных углеводородов, сырья для получения технического углерода). К таким технологиям относятся процессы глубочайшего каталитического крекинга, комплексы по производству ароматичных углеводородов, в том числе из сжиженных углеводородных газов, каталитический пиролиз, получения синтетического водянистого горючего. Эти процессы делают сырьевую базу для развития и увеличивают эффективность базисных процессов основного органического синтеза. [5].
В рамках решения трудности вовлечения в переработку разных видов углеводородного сырья, улучшения свойства топлив, повышенное внимание уделяется производству других топлив. Теоретические нюансы и определенные технологические решения по производству горючего и энергии из разных видов органического сырья тщательно рассмотрены в ряде узнаваемых монографий, обзоров и статей ближайшего времени, что свидетельствует об актуальности и неизменном интересе к этой дилемме [6-21].
Выделяют три группы других моторных топлив [22,23]: синтетические (искусственные) водянистые горючего, получаемые из нетрадиционного органического сырья и близкие по эксплуатационным свойствам к нефтяным топливам; консистенции нефтяных топлив с кислородсодержащими соединениями (спирты, эфиры, водно-топливные эмульсии), которые по эксплуатационным свойствам близки к обычным нефтяным топливам; горючего ненефтяного происхождения, отличающиеся по своим свойствам от обычных (спирты, сжатый природный газ, сжиженные газы).
Перед современной российскей нефтехимией, в особенности животрепещущей является неувязка производства экологически незапятнанных моторных топлив (к примеру, заслуги умеренного содержания ароматичных углеводородов в бензинах — в границах 25-35 %, так как выпускаемые в текущее время продукты содержат до 43 % ароматичных углеводородов, в том числе 3-5% бензола, серу).
Другие моторные горючего по видам систематизируют последующим образом: газомоторные горючего (сжиженный природный газ, сжатый природный газ, сжиженные нефтяные газы — пропан, бутан); спирты и бензоспиртовые консистенции (метиловый, этиловый, изобутиловый и др. спирты и их консистенции с автобензином в разных пропорциях); эфиры (метилтретбутиловый эфир, метилтретамиловый эфир, этилтретбутиловый эфир, диизопропиловый эфир, также диметиловый эфир); синтетические водянистые горючего, получаемые из природного газа и угля; биотоплива (биоэтанол, биодизель), получаемые из возобновляемых видов сырья; водород и топливные элементы, работающие на водороде.
Обширное распространение в мире получили газомоторные горючего, в особенности сжиженный пропан и бутан, сжиженный природный газ, сжатый природный газ [5]. В качестве нестандартных источников углеродсодержащего сырья могут употребляться попутные газы нефтедобычи и метансодержащие выбросы угольных шахт, при наличии каталитических технологий. Особенный энтузиазм представляет возможность получения на базе газа подземной газификации угля метана, как заменителя природного газа.
Посреди разных спиртов и их консистенций наибольшее распространение получили метанол и этанол. Значимым недочетом этого вида горючего остается его высочайшая цена — зависимо от технологии получения спиртовые горючего в 1,8 — 3,7 раза дороже нефтяных. С энергетической точки зрения главное достоинство спиртов заключается в их высочайшей детонационной стойкости, — основными недочетами являются пониженная теплота сгорания, высочайшая теплота испарения и низкое давление насыщенных паров, этанол по эксплуатационным чертам лучше метанола. Метанол используют для получения синтетических водянистых топлив, в качестве высокооктановой добавки к горючему либо как сырье для производства антидетонационной добавки — метилтретбутилового эфира.
Распространение получили также оксигенатные горючего — консистенции автобензина с разными эфирами. Более всераспространенный метилтретбутиловый эфир — ядовитое вещество, и в ряде государств заместо метилтретбутилового употребляется этилтретбутиловый эфир. Особенное место занимает диметиловый эфир, получаемый из природного газа или вместе с метанолом, или из метанола, и являющийся прекрасным дизельным топливом. Большой энтузиазм к этому горючему проявляется в странах Азии, сначала в Китае, где его употребляют в качестве бытового баллонного газа, взамен дизельного горючего и как горючее для электрических станций. Главным сырьем для его производства в Китае является уголь [5].
Растет объем исследовательских работ по производству биотоплив из разных видов возобновляемого сырья, сначала биоэтанола и биодизеля (согласно эталону США, за биодизельное горючее принимаются малоалкиловые эфиры жирных кислот из растительного либо животного сырья [25]). Эти продукты удачно выполняются США, странами ЕС, Бразилией и др. [24]. Специалисты считают, что только экономически оправданные биотоплива второго поколения, основанные на непродовольственных видах сырья, более сложных процессах перевоплощения, могут диверсифицировать энергетический портфель мира. Перспективы производства и использования биотоплив в Рф вызывают суровые сомнения.
По оценке энергетических и эксплуатационных черт других моторных топлив, более применимыми видами топлив являются синтетические водянистые горючего (СЖТ), диметиловый эфир, оксигенаты, добавляемые к обычным нефтяным, моторным топливам. Эти виды горючего имеют полностью применимые энерго и эксплуатационные характеристики, их применение фактически вполне вписывается в существующую инфраструктуру топливопотребления, не просит дополнительных вложений в эту инфраструктуру. Маленьких конфигураций востребует внедрение диметилового эфира [24].
Более многообещающими для внедрения в движках внутреннего сгорания признаны продукты ожижения углей, горючие газы и водянистые продукты их переработки, спирты, растительные масла, также водород как более энергоемкий и экологически незапятнанный носитель энергии [25].
При использовании газообразного горючего и спиртов понижаются выбросы углеводородов, СО и оксидов азота, а водород в качестве горючего избавляет опасность образования СО и углеводородов, но в купе с повышением эмиссии NO2 [41]. Не считая того, при использовании спиртовых топлив, в 2-4 раза увеличивается содержание альдегидов в выбросах [27].
Рассматриваются варианты производства альтернативного горючего, основанного на больших разработках преобразования и хранения энергии при помощи водородного энергоэлемента с внедрением ядерных энергоисточников [28]. Наикрупнейшими потребителями (до 90 % общего объема производства) являются хим (до 80 % от общего объема употребления) и нефтеперерабатывающая индустрия. Работы по использованию высокотемпературных реакторов для водородной энергетики развернуты в технологически продвинутых странах — США, Южной Корее, Стране восходящего солнца, Франции, ЮАР, Китае. Развитие подобных технологий в Рф позволит сохранить фаворитные позиции в мире в области атомной энергетики.
Стратегии большинства государств по получению качественных синтетических водянистых топлив из угля и природных газов нацелены на развитие так именуемых технологий CtL (Coal to Liquids) и GtL (Gas to Liquids). Эти технологии представляют собой совокупа хим производств по превращению угля и природного газа в высшие углеводороды, горючего и хим продукты (получение синтез-газа из метана, конверсия синтез-газа в высшие углеводороды по способу Фишера — Тропша, разделение и конечная переработка товаров) [29].
Технологии обеспечивают возможность перерабатывать синтез газ в широкий диапазон товаров — от этилена и альфа-олефинов до жестких парафинов, в большей степени линейного строения. Непредельные углеводороды представлены приемущественно альфа-олефинами, с наименьшим содержанием ароматичных веществ. Но имеется возможность разнообразить фракционный состав в достаточно широких границах. Главным параметром тут является температура синтеза [8].
Как отмечают спецы ООО “ВНИИГАЗ” [30], известные технологии не имеют принципных различий в построении технологической цепочки. На первой стадии получают синтез — газ, 2-ая стадия — синтез Фишера-Тропша и 3-я — ректификация и следующий гидрокрекинг (либо гидроизомеризация) томных фракций углеводородов. Наикрупнейшие нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие компании — ExxonMobil, Shell, ConocoPhyllips, Chevron, Marathon, Statol, Syntroleum и другие — имеют такие проекты на различных стадиях реализации, от опытнейших установок до действующих компаний. В мире фактически не осталось ни одной большой нефтегазовой компании, включая ОАО «Газпром», не располагающей своей технологией по производству топлив из газа, при всем этом все компании стремятся войти в число участников вероятного проекта сотворения завода СЖТ и не лицензируют свои разработки [29]. Обычно, в этой группе рассматриваются и сопутствующие технологии конверсии метанола в бензин (methanol to gasoline, MtG), метанола в олефины (methanol to olefins, MtO), олефинов в бензин (olefins to gasoline and distillates, MtGD), также получения диметилового эфира (DME) и генерация энергии, в том числе из метанола [31].
Понятно, что технологии перевоплощения метана в синтез-газ основаны на реакциях паровой конверсии метана и парциальном окислении. Соотношение CO:H2 в синтез-газе находится в зависимости от способа его получения, варьируется для паровой и углекислотной конверсии. В реакции синтеза углеводородов, зависимо от катализатора, соотношение СО:Н2=1:1,5 и выше. Препядствия теплопередачи решаются в процессах автотермической конверсии природного газа. Фаворитом в разработке автотермических процессов получения синтез-газа является компания Haldor Topsoe [29], спроектировавшая установки для проектов GtL в ЮАР, Катаре и Нигерии.
Специалисты довольно оптимистично оценивают способности развития промышленности СЖТ. Непременно, продукция установок, работающих по реакции Фишера — Тропша, позволит, в смысле конкуренции с нефтяными дизельными топливами решать не глобальные, а отдельные региональные трудности обеспечения тс. Четче выслеживается возможность компаундирования СЖТ и установок GtL (фактически не содержащих серы и имеющих низкое содержание ароматичных соединений) с классической продукцией нефтеперерабатывающих заводов для получения топлив, отвечающих требованиям экологической безопасности.
В Рф разработаны технологии производства СЖТ из природного газа [26]. В работе [32] описана малостадийная разработка производства СЖТ на установках низкого давления, которая отличается наименьшим числом стадий, низким давлением процесса, возможностью использовать газовое сырье низконапорных и забалансовых месторождений. Процесс обладает гибким регулированием мощности, возможностью кратного масштабирования, определенные его экономические характеристики.
Как источнику сырья для производства СЖТ и ценных хим товаров, в текущее время усилился энтузиазм к углю. Исследования по получению различных товаров из углей интенсивно ведутся в странах, располагающих значительными угольными припасами либо ожидается рост спроса на энергию. Но ограничены сведения о технологии всеохватывающего использования угля для производства синтетического ЖМТ и электроэнергии, позволяющей гибко реагировать на потребности рынка в той либо другой продукции, в том числе, рассчитанной на разные марки углей.
Исследования в области производства синтетического моторного горючего и его промышленного освоения проводятся различными странами, к примеру, США, Германией, Южной Африкой, Японией, Великобританией, Нидерландами, Италией, Францией, Норвегией, и др.
Китай, занимающий по припасам угля третье место в мире (после США и Рф), является мировым фаворитом по его добыче (выше 2 миллиардов. т), потреблению (34 %) и созданию промышленных CtL — заводов. В топливно-энергетическом комплексе потребляется около 60 % всего добываемого угля. Намечено строительство ряда разных CtL — компаний, сначала в угледобывающих северных провинциях. Промышленные фабрики планируется выстроить в 2010 — 2011 гг., всего в Китае объявлено о 30 разных CtL — проектах, реализация которых позволит к 2020 г. довести долю СЖТ до 10 % от общего употребления нефтепродуктов, что превосходит среднемировые темпы развития отрасли.
Для решения технических задач при переработке угля, как сырья в процессе получения синтетических водянистых топлив, рассматриваются технологии с внедрением энергии плазмы [33]. Эффективность внедрения технологии достигается при высочайшей концентрации энергии, высочайшей температуре и хим активности плазмы. В сопоставлении с классическими технологиями получения (выход СЖТ 120-140 кг/т угля), выход СЖТ составит около 161 кг/т угля. Вместе с высочайшей удельной производительностью, процесс характеризуется простотой, гибкостью и компактностью оборудования, но, по полностью понятным причинам, не может быть обширно нужен российскей экономикой.
Исследования по дилемме получения синтетического горючего из углей осуществляются и в Рф. В Рф в 70-80-х годах прошедшего столетия выполнялись насыщенные исследования, бывалые и проектно-конструкторские разработки по созданию конкурентоспособного с переработкой нефти производства моторных топлив и хим товаров из бурых и каменных углей, в главном открытой добычи, больших в мире месторождений Канско-Ачинского, Кузнецкого и др. угольных бассейнов.
Элемент GtL и CtL технологий — cинтез углеводородов из СО и Н2 по способу Фишера-Тропша представляет собой сложную систему хим реакций, протекающих поочередно и параллельно в присутствии катализатора [6,8]. Уравнения реакций синтеза углеводородов в общем виде представлены ниже.
Для синтеза алканов:
nCO + (2n+1)H2 = CnH2n+2 + nH2O
2nCO + (n +1)H2 = CnH2n+2 + nCO2
3nCO + (n +1)H2 = CnH2n+2 +(2n+1)CO2
nCO2 + 3nH2 = CnH2n+2 + 2nH2O
Для синтеза алкенов:
nCO + 2nH2 = CnH2n + nH2O
2nCO + nH2 = CnH2n + nCO2
3nCO + nH2O = CnH2n + 2nCO2
nCO2 + 3nH2 = CnH2n + 2nH2O
Для спиртов и альдегидов:
nCO + 2nH2 = CnH2n+1ОН + (n — 1)H2O
(2n — 1)CO + (n+1)H2 = CnH2n+1ОН + (n — 1)CO2
3nCO + (n+1)H2O = CnH2n+1ОН + 2nCO2
(n+1)CO + (2n+1)H2 = CnH2n+1СНО + nH2O
(2n+1)CO + (n+1)H2 = CnH2n+1СНО + nCO2
В маленьких количествах могут создаваться кетоны, карбоновые кислоты и эфиры. Осложнением процесса синтеза является образование углерода по реакции Будуара.
Продукты синтеза Фишера-Тропша имеют огромное практическое значение как углехимическое сырье, в особенности в связи с тем, что они содержат много олефинов. Состав конечных товаров можно регулировать конфигурацией критерий воплощения синтеза: температуры, давления, состава обскурантистской консистенции, катализатора, времени контактирования, технологического дизайна процесса. Наибольший выход углеводородов в синтезе при соотношении СО:Н2 = 1:2, рассчитанный на основании суммы стехиометрических уравнений, равен 208,5 г/м3.
Для оптимизации синтеза нужно учесть сложную стехиометрию, термодинамику, кинетику хим взаимодействия с учетом параметров катализаторов, гидродинамическую обстановку в реакторе, процессы массо — и термообмена. Потому выбор хороших технологических критерий проведения синтеза углеводородов представляет собой непростую задачку, сложность которой заключается в необходимости обладания точными познаниями о закономерностях воздействия технологических характеристик на состав продукта и друг на друга. Решением этой задачки является идентификация процесса при помощи математического моделирования [34,35] — составления уравнений, описывающих закономерности кинетики процесса, гидродинамической обстановки в реакторе, массо- и теплопереноса.
Для воплощения синтеза создано огромное число конструкций реакторов, предложено огромное число вариантов организации технологических схем, в том числе циркуляционных. В ЮАР с 1983 г. действует завода Сасол с суммарной производительностью около 33 млн. т в год по углю либо 4,5 млн. т в год по моторным топливам. В базу технологии положена газификация угля по способу Лурги под давлением с следующим синтезом углеводородов по способу Фишера-Тропша. Из 3-х методов синтеза Фишера-Тропша (процесс во взвешенном слое пылеобразного катализатора по методу компании Келлог, высокопроизводительный синтез на стационарном металлическом катализаторе по методу Рурхеми-Лурги и жидкофазный синтез по методу Rheinpreuben-Koppers) только 1-ый и отчасти 2-ой, исходя из опыта работы промышленного предприятия в г. Сасолбурге (ЮАР), относительно благоприятны для получения значимых количеств моторных топлив [37-40].
Один из вариантов оценок [17,19] положительных и негативных параметров реакторов синтеза углеводородов представлен в работе [30]. Обобщения создателей приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 — Реакторы для синтеза Фишера — Тропша