Бензин из воздуха, или Как заработать на СО2 – DW – 22.11.2019
Бензин, произведенный из воздухаФото: picture-alliance/dpa/M. Murat
ТехнологииГлобальные темы
Анна Картхаус | Никита Жолквер
22 ноября 2019 г.
Углекислый газ — главный виновник климатических изменений. Но одновременно СО2 — и ценное сырье. Немецкие ученые, например, научились делать из него бензин и керосин.
https://p.dw.com/p/3TFC0
Реклама
10 литров — столько топлива производят в день Роланд Диттмайер (Roland Dittmeyer) и его коллеги. Немного. И тем не менее это маленькая революция. Дело в том, что ученые Института технологии в Карлсруэ (KIT) делают топливо, используя экологически чистую электроэнергию, практически из воздуха.
Воздух содержит СО2 — увы, в настоящее время слишком много. В 2015 году на международной конференции в Париже решили ограничить потепление климата двумя градусами и для этого снизить выбросы в атмосферу углекислого газа.
Но вместо этого его содержание в атмосфере продолжает расти, а с ним — и воздействие парникового эффекта. Не достигла своих целей и Германия, обещавшая к 2020 году уменьшить выбросы СО2 на 40% по сравнению с 1990 годом.
В Карлсруэ сказка о производстве топлива из СО2 стала былью
На таком фоне технология, позволяющая перерабатывать содержащийся в воздухе углекислый газ в топливо, кажется сказкой. Но в Карлсруэ она стала былью. KIT и его партнеры — фирмы Climeworks, Ineratec и Sunfire — построили компактную установку, на которой в четыре этапа из двуокиси углерода, воды и «зеленой» электроэнергии производится экологически нейтральное топливо.
Сегодня в воздухе содержится слишком много СО2Фото: picture-alliance/dpa/Geisler-FotopressЧерез два-три года в Карлсруэ собираются построить установку побольше, способную синтезировать уже по 200-300 литров топлива в сутки, рассказал DW профессор Роланд Диттмайер. А потом на очереди — мобильный промышленный прототип с производительностью в 1500-2000 литров в день.
Такие установки могут доставляться к альтернативным источникам энергии.
«В будущем мы будем производить электроэнергию из возобновляемых источников, — поясняет Диттмайер. — И лучше всего ее использовать прямо на месте». КПД своей технологии он оценивает в 60%. У водородного топлива КПД выше, но, подчеркивает ученый, «например, для самолетов или тяжелых грузовиков его энергетическая плотность недостаточна».
Но в конечном итоге все зависит от бизнес-моделей и налоговых инструментов. При действующих производство топлива из воздуха дороже рыночной цены углеводородных энергоносителей, и в ближайшие годы, по мнению профессора, это вряд ли изменится. «Значит, — говорит он, — надо позаботиться о продвижении такого топлива на рынок». Пока же даже при сравнительно низких ценах на электроэнергию производимое в Карлсруэ топливо стоит от одного до полутора евро за литр — вдвое дороже, чем не облагаемый налогами авиационный керосин.
Мобильная установка по производству топлива из СО2Фото: picture-alliance/dpa/M.
MuratРазработанная в KIT установка относится к числу новых технологий, позволяющих абсорбировать из воздуха углекислый газ, выделяемый при горении или на промышленных предприятиях, и использовать его для производства новых товаров или закачивать на постоянное хранение глубоко под землю. Такие технологии называют CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage).
Что могут технологии CCUS
Международное энергетическое агентство (МЭА) считает CCUS одним из немногих технологических решений, способных уменьшить выбросы СО2 на угольных и газовых электростанциях, а также в ключевых отраслях промышленности — на сталелитейных, цементных или химических предприятиях. Чтобы достичь поставленных климатических целей, подсчитали в агентстве, необходимо с помощью CCUS к 2040 году уменьшать эмиссию СО2 на семь процентов — не на 32 млн тонн в год, как сейчас, а на 2,3 млрд.
Технологии CCUS имеют не только экологическую целесообразность, но и большой экономический потенциал.
Консалтинговое агентство Boston Consulting Group (BCG) считает, что их рыночная стоимость в ближайшие десять лет достигнет 90 млрд долларов. Модели CCUS были разработаны еще 40 лет назад, но из-за технических и экономических причин оставались, скорее, в тени. BCG предсказывает им скорый расцвет.
Консалтинговое агентство дает дифференцированный прогноз. Одно дело — сферы промышленности (газоочистка, производство аммония и этилового спирта), в которых сравнительно легко достичь уменьшения выбросов CO2. Здесь у CCUS наибольший рыночный потенциал — порядка 70 млрд долларов, хотя на эти отрасли приходится только 3% эмиссии СО2. А вот в сфере угольной и газовой энергогенерации с ее львиной долей выброса углекислого газа использование CCUS, по оценке BCG, пока наименее рентабельно.
Экологи от новых изобретений не в восторге
Эрика Белманн (Erika Bellmann) из немецкого отделения Всемирного фонда дикой природы (WWF) менее оптимистична. В сфере индивидуального транспорта она вообще не видит никакой пользы от CCUS, ратует за переход на электропривод или водородное топливо.
«На первый взгляд, выглядит чудесно: берешь СО2 из промышленных выбросов, делаешь из него бензин и получаешь, как минимум, экономию, — говорит она. — Но это упрощенная схема, ведь процессы по технологиям CCUS крайне энергоемки». Автомобиль, использующий такой бензин, по ее подсчетам, в целом потребляет в пять раз больше энергии, чем электрокар.
В энергетической сфере есть прогресс, признает Белльман, но за счет возобновляемых источников все еще вырабатывается только треть электроэнергии. «Если производить в Германии бензин по технологии CCUS, — полагает эксперт WWF, — то в сумме эмиссия парниковых газов будет намного больше, чем при использовании бензина или дизельного топлива».
К тому же, замечает Белльман, технология выделения СО2 из воздуха еще не настолько развита, чтобы найти широкомасштабное применение. Использование эмиссии сталелитейного, цементного или химического завода, добавляет немецкий эксперт, ничего не меняет в углеводородном происхождении углекислого газа.
Его выбросы можно уменьшить только при переходе на возобновляемые источники, и то не до нуля.
Рациональным она считает применение технологий CCUS для производства эффективного сырья для химической индустрии. Положительно оценивает Белльман и вариант закачки в землю двуокиси углерода. Избежать эмиссии СО2, например, при производстве цемента технически невозможно. Но поскольку полный отказ от цемента нереален, то имеет смысл собирать выделяемый при этом углекислый газ и обезвреживать его методом утилизации в земле. «Это очень трудоемкий процесс, требующий больших энергозатрат, но альтернативы ему нет», — заключила Эрика Белльман.
Смотрите также:
Почему Грета Тунберг вызывает бурную реакцию?
To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video
Написать в редакцию
Реклама
Пропустить раздел Еще по темеЕще по теме
Показать еще
Пропустить раздел Топ-тема1 стр.
из 3
На главную страницу
Как получить бензин из воздуха в промышленных масштабах: немецкий стартап
Немецкий стартап отчитался о создании промышленного образца установки по производству жидкого и газообразного углеводородного топлива прямо из воздуха и воды. Принципиально технология не нова, однако успех заключается в нюансах — инженерам удалось оптимизировать процессы до беспрецедентного уровня. Создатели IMPOWER2X рассматривают свою разработку в качестве подспорья экономике и транспортной системе на время перехода в безуглеродное будущее.
Что это такое?
Молодая компания INERATEC — проект специалистов из Технологического института Карлсруэ (KIT, Германия). Ее модульный завод основывается на четырех техпроцессах: два взяты у партнеров и модифицированы под свои нужды, а два разработаны практически с нуля самостоятельно. Со стороны вся система представляет собой несколько тридцатифутовых контейнеров (не самый распространенный, но все равно стандартизированный «полуторный» размер ISO-контейнера), установленных на площадке.
На входе в нее — электричество, воздух и вода, на выходе — три вида топлива (керосин, солярка, бензин) или синтез-газ либо синтетическая нефть (смесь углеводородного сырья). Вся концепция называется IMPOWER2X или Power-to-X (P2X), то есть «энергия во что-либо». Проект развивается уже четыре года под кодовым названием Kopernikus («Коперник»).
Ключевая цепочка реакций, использованная немецкими специалистами — процесс Фишера–Тропша. Здесь никаких радикальных инноваций нет и быть не может, все аналогичные IMPOWER2X системы работают ровно так же, химию с физикой не обманешь. Ноу-хау инженеров из KIT заключается в кумулятивном эффекте оптимизации всех этапов выработки синтетического горючего из воздуха.
Например, паразитное тепло с катализаторов уходит на электролизер, вырабатывающий водород из воды, таким образом повышая его эффективность до небывалых высот. Шутка ли: в официальном пресс-релизе института заявляется энергопотребление на уровне 41-42 киловатт на килограмм водорода.
Для сравнения, теоретический минимум — 39,4 кВт электричества на кг газа, а для самых современных промышленных установок считаются неплохим показателем «всего» 50 кВт/кг (не считая дальнейших затрат на сжатие и транспортировку).
Понятное дело, в отрыве от всего модульного завода IMPOWER2X этот электролизер не покажет столь впечатляющих результатов, но, безусловно, эффективность потрясающая.
Роль синтетического топлива для машин
Лидер проекта, профессор Роланд Дитмейер (Roland Dittmeyer), рассказывает, что стартап наконец добился промышленных объемов производства. Одна созданная INERATEC установка из нескольких последовательных реакторов может производить по 200 литров синтетического топлива в день. Это радикальный скачок с десяти литров в сутки, которые мог производить показанный всего год назад прототип.
Суммарная целевая эффективность всего модульного завода — 60%, именно столько энергии он способен «перекачать» из электросети в жидкое топливо.
Естественно, чисто экономически подобная технология не имеет смысла, если не рассматривать ее в свете тренда на снижение выбросов углекислого газа в окружающую среду. Молниеносно пересадить всех с ДВС на электромобили не получится, зато можно старые машины заправлять синтетическим бензином или соляркой.
Кстати говоря, произведенное модульным заводом INERATEC топливо уже год тестируется несколькими немецкими научно-исследовательскими институтами и экспериментальным подразделением Audi. Результаты пока неизвестны, но учитывая оптимизм Дитмейера, хочется верить, что разработка будет иметь успех.
Технические подробности производства
Схема модульного завода, на первый взгляд, проста и знакома по многим другим подобным разработкам. Но с другой стороны тона представляет собой отличный пример немецкой практичности и внимания к деталям. Первый этап — усовершенствованная технология, разработанная компанией Climeworks. Из атмосферного воздуха при помощи специальной фильтрующей мембраны отделяется углекислый газ.
Затем эту мембрану с застрявшими в ней молекулами CO2 нагревают, и они в результате высвобождаются. Затем чистую углекислоту направляют в высокотемпературный электролизер, созданный фирмой Sunfire, и смешивают с водяным паром. Там между его анодом и катодом установлена керамическая мембрана, пропускающая только кислород. Его, в свою очередь выбрасывают обратно в воздух, а на отрицательном контакте скапливаются водород и монооксид углерода (CO).
Смесь h3 и CO называется синтез-газом, и для производства топлива он должен пройти еще несколько преобразований на реакторах, разработанных уже специалистами Института инженерии микропроцессов (IMVT, подразделение KIT) и его дочернего предприятия INERATEC.
Третий и самый ответственный этап — реактор, использующий модифицированный процесс Фишера–Тропша. В нем на микроструктурных катализаторах синтез-газ превращается в молекулы углеводородов разной длины. Результатом становится так называемая синтетическая нефть. При желании, уже с этой установки жидкость можно забирать и отправлять в качестве сырья для производства полностью синтетических машинных масел и пластмасс.
Но как топливо ее использовать еще нельзя — длинные молекулы делают нефть быстрозамерзающей и горящей с большим выделением сажи.
На финальной установке синтетическая нефть проходит через процесс, эквивалентный перегонке обычной нефти. Только он опять проходит на катализаторах, а не в ректификационной колонне. В последнем реакторе длинные молекулы углеводородов разбиваются на более мелкие в два этапа и фильтруются. Конечный продукт разделяется на три фракции — синтетические керосин, бензин и дизельное топливо. Все, что отсеялось на фильтрах передается в начало цикла и используется повторно.
Откуда берется наш бензин
Могут ли потребители узнать, откуда берется бензин на АЗС?
EIA не может определить точное происхождение бензина, продаваемого на заправочных станциях, из-за этапов и процессов, связанных с производством бензина и доставкой его на розничные заправочные станции. Бензин начинает свой путь к потребителю в виде сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах, а затем проходит этапы очистки, транспортировки, хранения и смешивания до окончательной доставки на розничные заправочные станции.
Приобретение сырой нефти
Нефтеперерабатывающие заводы США производят бензин (и другие нефтепродукты) из сырой нефти и других жидкостей, которые производятся в Соединенных Штатах или импортируются из других стран. Конкретные источники сырой нефти и других жидкостей, используемых на нефтеперерабатывающих заводах, могут различаться. Большинство нефтеперерабатывающих заводов США используют смесь сырой нефти из различных отечественных и зарубежных источников. Состав сырой нефти может меняться в зависимости от относительной стоимости и доступности сырой нефти из этих источников.
Нажмите, чтобы увеличить
Переработка нефти в бензин
На нефтеперерабатывающих заводах сырая нефть разбивается на различные компоненты, которые затем выборочно перерабатываются в новые продукты. Нефтеперерабатывающие заводы США обычно сосредоточены на производстве бензина для удовлетворения рыночного спроса США, и они производят почти весь бензин, продаваемый в Соединенных Штатах.
Перемещение бензина с нефтеперерабатывающих заводов на складские терминалы
Большая часть бензина перемещается с нефтеперерабатывающих заводов по трубопроводам на крупные складские терминалы вблизи районов потребления. Бензин и другие нефтепродукты с разных нефтеперерабатывающих заводов часто отправляются партиями по общим трубопроводам. Эти партии физически не разделены в трубопроводах, и происходит некоторое смешивание или смешивание продуктов. Из-за такого смешивания бензин и другие продукты необходимо проверять на выходе из трубопроводов, чтобы убедиться, что они соответствуют требуемым спецификациям. Если продукт не соответствует местным, государственным или федеральным спецификациям, его отправляют обратно на нефтеперерабатывающий завод для дополнительной обработки.
Доработка бензина на смесительных терминалах
Бензин обычно доставляется автоцистернами с больших складских терминалов на более мелкие смесительные терминалы, где он перерабатывается в готовый автомобильный бензин.
Эти терминалы меньшего размера обычно используются для смешивания топливного этанола с бензином.
Импорт бензина
Соединенные Штаты импортируют как готовый автомобильный бензин, так и компоненты бензиновых смесей из различных стран, в основном на Восточное и Западное побережья, когда его получение из других стран менее затратно или быстрее, чем у местных поставщиков.
Доставка бензина на заправочные станции
Автоцистерны доставляют готовый автомобильный бензин от смесительных терминалов в более чем 100 000 торговых точек по всей территории США. Разные компании, владеющие заправочными станциями в одном и том же районе, могут закупать бензин в одном и том же терминале хранения и распределения. Многие из заправочных станций являются дилерами без торговой марки, которые продают бензин, произведенный разными компаниями, а фирменные заправочные станции могут не обязательно продавать бензин, произведенный их компаниями. Единственная разница между бензином на заправочных станциях одной компании и заправочных станциях другой компании заключается в небольшом количестве присадок, которые они могли добавить в бензин перед доставкой на свои заправочные станции.
Последнее обновление: 22 февраля 2023 г.
Откуда берется бензин
Введение
Бензин был открыт почти 160 лет назад как побочный продукт переработки сырой нефти для производства керосина для освещения. В то время бензин был бесполезен, поэтому его сжигали на нефтеперерабатывающем заводе, превращали в газообразное топливо для газовых фонарей или просто выбрасывали. Около 125 лет назад, в начале 1890-х годов, изобретатели автомобилей начали осознавать ценность бензина как моторного топлива. В 1911, бензин впервые превзошел керосин по продажам. А к 1920 году в Соединенных Штатах насчитывалось около девяти миллионов автомобилей с бензиновым двигателем, и по всей стране открывались заправочные станции, чтобы заправлять растущее число легковых и грузовых автомобилей. 1
Рисунок 1. Производство, переработка и распределение бензина по принципу «от скважины до колеса». (Изображение: Дин Армстронг, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии)
Сегодня бензин является предпочтительным топливом для легковых автомобилей, которые потребляют около 90 процентов продукта, проданного в Соединенных Штатах.
Добыча нефти
Бензин производится из сырой нефти, которая содержит углеводороды — органические соединения, полностью состоящие из атомов водорода и углерода. Сырая нефть исторически добывалась через вертикальные скважины, пробуренные в подземные и подводные резервуары. Скважина представляет собой круглое отверстие, облицованное металлической трубой, называемой обсадной трубой. В нижней части корпуса имеются отверстия, через которые поступает масло из резервуара.
Современные нефтяные скважины по-прежнему начинаются с вертикальных стволов, но оттуда они могут разветвляться в разных направлениях и на разную глубину. Эти вторичные валы обеспечивают доступ к дополнительному объему нефти, увеличивая добычу и сводя к минимуму возмущения поверхности. Горизонтальное бурение является обычной практикой гидроразрыва пласта, процесса, в котором используется закачка жидкости и заряды взрывчатых веществ для разрушения грунта вокруг скважины, что высвобождает дополнительное количество нефти и природного газа. Горизонтальные скважины могут простираться на несколько миль от центрального ствола.
В то время как некоторые скважины имеют естественное внутреннее давление, которое выталкивает нефть на поверхность, в большинстве из них требуется погружной или надземный насос для удаления нефти.
В течение срока службы скважины можно использовать несколько дополнительных процессов для извлечения максимально возможного количества нефти. Общие методы вторичной добычи включают закачку воды в скважину и закачку газов или пара. Когда цены на сырую нефть падают, малопродуктивные скважины могут быть закрыты только для того, чтобы возобновить работу, когда цены вырастут.
Рис. 2. Нефтяная скважина с электрическим насосом. (Изображение: Фамартин, Викисклад)
Вопреки распространенному мнению, цвет сырой нефти варьируется от почти прозрачного до угольно-черного, а вязкость может варьироваться от вязкости воды до почти твердого состояния. Качество сырой нефти также сильно различается, хотя нефть из одного и того же района обычно имеет схожие свойства. Качество масла основано на химическом анализе, где двумя наиболее важными параметрами являются молекулярная плотность и содержание серы.
Масла с короткими углеводородными цепями и удельным весом 34 или выше по классификации Американского института нефти (API) считаются «легкими», от 31 до 33 — «средними», а масла 30 и ниже — «тяжелыми».
Масла с содержанием серы менее 0,5 процента по весу считаются «сладкими», а те, что выше этого уровня, — «кислыми». Легкая малосернистая нефть является наиболее ценным типом, поскольку ее легче перерабатывать при меньших затратах и производить большее количество готовой продукции.
Есть 46 основных стран-экспортеров нефти, но цены на сырую нефть, как правило, котируются на основе одного из трех основных продуктов: сырая нефть среднего класса из Западного Техаса, нефть марки Brent из Северного моря и нефть из Дубая из ОАЭ. Цены на эти продукты служат барометром для всей нефтяной отрасли. Цены на нефть основаны на стоимости 42-галлонного «барреля» сырой нефти, единицы измерения, которая восходит к заре бурения нефтяных скважин.
В прошлом Соединенные Штаты импортировали большое количество сырой нефти и других нефтепродуктов. Пик пришелся на 2005 год, когда чистый импорт (импорт минус экспорт) вырос до 12,6 млн баррелей в день. Совсем недавно продолжающиеся процессы разведки и передовой добычи увеличили внутреннюю добычу нефти и сократили импорт нефти.
Транспортировка сырой нефти
После извлечения сырой нефти из скважин она хранится в больших резервуарах перед транспортировкой на нефтеперерабатывающие заводы. Трубопроводы, корабли и баржи являются обычными методами транспортировки сырой нефти. Однако в последние годы увеличение добычи в районах, где нет доступа к трубопроводам или водным путям, привело к тому, что больше нефти перевозится по железной дороге в вагонах-цистернах. Очень густые и тяжелые формы сырой нефти, такие как битуминозные пески, должны быть разбавлены растворителями, прежде чем их можно будет перекачивать по трубопроводам или транспортировать другими способами.
Рисунок 3. Участок Трансаляскинского нефтепровода.
(Изображение: Лука Галуцци, Wikimedia Commons)
Все методы транспортировки сырой нефти несут в себе потенциальные риски для окружающей среды. Однако крушение поездов с нефтью представляет дополнительную опасность, поскольку поезда регулярно проходят через города и населенные пункты, где разливы нефти и потенциальные пожары могут привести к значительному материальному ущербу и гибели людей.
Чтобы решить эти проблемы, в мае 2015 года Министерство транспорта выпустило комплексное окончательное правило, содержащее модернизированные стандарты для цистерн, новые эксплуатационные инструкции по перевозке больших объемов легковоспламеняющихся жидкостей по железной дороге, а также расширенное планирование действий в чрезвычайных ситуациях и обучение. Железнодорожная отрасль поддерживает ускоренную замену старых вагонов-цистерн, увеличила количество проверок путей, чтобы свести к минимуму возможность схода с рельсов, и внедрила специальные технологии, помогающие определить самые безопасные железнодорожные маршруты для транспортировки нефти.
Нефтепереработка
Нефтеперерабатывающие заводы — это крупные промышленные предприятия, производящие товарные продукты из сырой нефти и, в некоторых случаях, из других исходных материалов, таких как биомасса. Более половины нефтеперерабатывающих мощностей в Соединенных Штатах расположено на побережье Мексиканского залива, а остальные рассредоточены по стране, как правило, вблизи источников добычи нефти или транспортных трубопроводов и водных путей.
Нефтеперерабатывающие заводы работают 24 часа в сутки и семь дней в неделю, но должны периодически останавливаться для технического обслуживания и ремонта. Как правило, это происходит весной и осенью, когда на нефтеперерабатывающих заводах должны быть проведены перестройки по переводу производства с летнего бензина на зимний и наоборот. Различия между ними будут обсуждаться позже, а дополнительную информацию можно найти в отделе новостей AAA.
Остановка нефтеперерабатывающих заводов влияет на поставки бензина в регионы, поэтому они обычно планируются заблаговременно и тщательно контролируются.
Это позволяет распределительной сети вносить любые необходимые коррективы для обеспечения бесперебойных поставок топлива. Внеплановые остановки НПЗ, вызванные техническими проблемами или экстремальными погодными условиями, могут привести к краткосрочной локализованной нехватке бензина и повышению цен на топливо.
Рис. 4. Нефтеперерабатывающий завод в Анакортес, Вашингтон. (Изображение: Уолтер Зигмунд, Wikimedia Commons)
Процесс переработки
Почти весь бензин, продаваемый в США, перерабатывается здесь, и США также экспортируют большое количество бензина в другие страны — более 230 миллионов баррелей в 2016 году. 6 Переработка сырой нефти в готовые нефтепродукты — чрезвычайно сложная задача. Следующее описание дает общий обзор процесса очистки с акцентом на производство бензина.
Все нефтеперерабатывающие заводы используют первичный процесс, называемый фракционной перегонкой, для разделения сырой нефти на различные составные части. Дистилляция включает в себя нагревание сырой нефти до кипения (примерно 600°C) и последующее введение паров в дистилляционную колонну. По мере того, как горячий пар поднимается в колонне, он охлаждается, и на разных высотах и температурах различные «фракции» сырой нефти конденсируются и собираются. Более тяжелые фракции, такие как смазочное масло, имеют более высокие температуры кипения и конденсируются в нижней части колонны. Более легкие фракции, такие как пропан и бутан, имеют более низкие температуры кипения и поднимаются вверх. Бензин, керосин, газойль и дизельное топливо собираются в средней части башни.
Рисунок 5. Принципиальная схема процесса переработки сырой нефти. (Изображение: американские производители топлива и нефтехимии)
Очень немногие нефтепродукты, в том числе бензин, готовы к употреблению, когда они выходят из дистилляционной колонны. Для очистки фракций и превращения их в товарные продукты требуется ряд вторичных процессов очистки.
«Крекинг» включает в себя процессы обработки, которые расщепляют молекулы более тяжелых фракций на более легкие. Он часто используется для изготовления компонентов бензина из более тяжелых масел. Существует множество форм крекинга, таких как каталитический крекинг с псевдоожиженным слоем, гидрокрекинг и коксование/термический крекинг. Каждый из них приводит к уникальным углеводородным цепочкам, которые используются в бензине и других продуктах.
«Объединение» по существу противоположно взлому. Он объединяет более легкие фракции в более тяжелые, которые также используются в рецептуре бензина. Двумя распространенными комбинированными процессами являются риформинг и алкилирование. Первый увеличивает количество компонентов, которые идут на производство бензина, а второй создает «ароматические» углеводороды, играющие ключевую роль в повышении октанового числа готового топлива.
Завершающим этапом производства бензина является смешивание. Многочисленные нефтепродукты, полученные в результате различных процессов переработки, тщательно комбинируются для создания базовых бензинов обычного и высшего сорта.
Эти виды топлива должны соответствовать четким и обширным требованиям к характеристикам, которые меняются как в зависимости от сезона, так и в зависимости от места, где топливо будет продаваться. Например, летний бензин смешивают так, чтобы он легче испарялся, что помогает снизить выбросы в результате испарения. Зимний бензин смешивают, чтобы он легче испарялся, что облегчает запуск холодного двигателя и улучшает управляемость.
В некоторых районах Соединенных Штатов требуется специально смешанный «бутик» или «реформулированный» бензин, который горит чище и является частью Государственного плана реализации (SIP) по сокращению выбросов. Первоначально существовало 15 уникальных составов, но, стремясь уменьшить распространение бензиновых смесей, EPA теперь разрешает использовать только шесть специализированных видов топлива в новых SIP. 7 Другие составы, являющиеся частью существующих SIP, продолжают использоваться в различных областях.
Рисунок 6.
Бутик-бензины Continental в США (2015 г.) – каждый цвет, кроме белого, представляет собой уникальную смесь бензина с измененным составом. (Изображение: ExxonMobil)
Количество готовых нефтепродуктов, произведенных из барреля сырой нефти, будет варьироваться в зависимости от нефтеперерабатывающего завода, но большинство заводов спроектированы так, чтобы максимизировать выпуск бензина. Как показано на прилагаемой иллюстрации, почти половина каждого барреля перерабатывается в бензин, а около четверти – в дизельное топливо (дистиллят со сверхнизким содержанием серы). Из-за эффекта, называемого «прибыль от нефтепереработки», баррель сырой нефти объемом 42 галлона фактически дает около 45 галлонов готовых нефтепродуктов.
Рисунок 7. Средний выход нефтепродуктов (в галлонах) из барреля сырой нефти в 2016 г. (Изображение: Управление энергетической информации США)
Распределение бензина
После очистки базовый бензин хранится в больших резервуарах до его распределения по трубопроводам, кораблям и баржам на распределительные терминалы, расположенные в крупных мегаполисах и вокруг них.
Чтобы предотвратить загрязнение топлива, трубопроводы, используемые для этой цели, отличаются от трубопроводов, используемых для транспортировки сырой нефти.
Рисунок 8. Карта трубопроводов сырой нефти и нефтепродуктов в США. (Изображение: American Energy Mapping)
Бензин и другие продукты нефтепереработки, такие как керосин, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей, отправляются по трубопроводам партиями без физического разделения одного продукта от другого. Это приводит к некоторому смешиванию продуктов, и существуют системы для изоляции этих смесей от чистых продуктов по обе стороны границы раздела. Смешанная жидкость, называемая трансмиксом, хранится отдельно и отправляется на специальные перерабатывающие заводы, которые перерабатывают ее в товарный продукт.
Распределительные терминалы имеют огромные резервуары для хранения бензина обычного и высшего сорта, дизельного топлива и этанола. Резервуары для хранения бензина обычно содержат базовое топливо от многих различных нефтеперерабатывающих заводов и нефтяных компаний, что означает, что на данный момент весь бензин одинаков. Распределительный терминал также имеет множество небольших резервуаров для хранения, которые содержат пакеты топливных присадок, которые варьируются от стандартных составов поставщиков до смесей для конкретных брендов, разработанных отдельными нефтяными компаниями.
Бензин доставляется на заправочные станции автоцистернами, вмещающими до 10 000 галлонов топлива. Большинство баков на этих грузовиках имеют несколько отсеков, поэтому они могут перевозить несколько различных типов и сортов топлива. Когда автоцистерна заполняется на распределительном терминале, этанол (при необходимости) и специальный пакет присадок к топливу смешиваются с базовым бензином, когда он закачивается в бак. Это момент, когда универсальный базовый бензин становится фирменным продуктом с уникальными характеристиками.
Рис. 11. Автоцистерна с отсеками, способная доставлять пять различных видов топлива. (Изображение: Kenworth)
Розничная торговля бензином
Автоцистерны доставляют бензин и дизельное топливо от распределительного терминала до станций технического обслуживания, где оно хранится в подземных резервуарах.
На большинстве заправок есть баки для обычного бензина и бензина премиум-класса, баки для дизельного топлива, если они его продают, и, возможно, баки для чистого этанола, о чем будет сказано ниже. В следующих разделах обсуждаются некоторые вопросы, о которых потребители должны знать при покупке бензина.
Рисунок 12. Затраты, включенные в цену галлона обычного бензина. (Изображение: Управление энергетической информации США)
На прилагаемом рисунке показано, сколько потребители платят за галлон бензина, и сравнивается 2016 год со средним показателем за последние 10 лет. За это время цены на сырую нефть упали, что привело к росту доли прочих затрат. Имейте в виду, что эти увеличения могут не отражать фактические изменения суммы в долларах, поскольку стоимость галлона бензина значительно снизилась. Например, часть федерального налога и налога штата увеличилась на 6 процентов, хотя федеральный налог на бензин не изменился с 1919 года.93, и только несколько штатов увеличили взимаемые налоги на топливо.
Марки бензина
Бензин продается в обычном и премиальном классах, а иногда и в среднем. Топливо среднего класса создается в насосе путем смешивания обычного бензина и бензина премиум-класса. Качество бензина основано на его октановом числе, которое оценивает, насколько хорошо топливо предотвращает «детонацию» двигателя. Чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость топлива.
В большинстве регионов страны обычный бензин имеет октановое число 87, среднесортный бензин — 89.а надбавка составляет 91, 92 или 93, в зависимости от местных факторов. В районах на больших высотах, где воздух содержит меньше кислорода для поддержки горения, бензины обычного, среднего и высшего качества обычно имеют октановое число 85, 87 и 91 соответственно.
Исследование AAA не выявило увеличения производительности двигателя или снижения выбросов выхлопных газов при использовании бензина с октановым числом выше рекомендуемого производителем автомобиля.
Если в руководстве по эксплуатации не указано топливо среднего или премиум-класса для автомобиля, AAA рекомендует потребителям экономить деньги и придерживаться обычного бензина.
Верхний уровень ТМ Бензин
Федеральное правительство требует, чтобы весь бензин содержал минимальное количество моющих присадок, чтобы предотвратить вредные отложения углерода на топливных форсунках, впускных клапанах двигателя и поверхностях камеры сгорания. Однако многие автопроизводители считают, что минимального необходимого содержания присадок недостаточно для поддержания оптимальной работы двигателя и системы контроля выбросов в долгосрочной перспективе. В ответ они создали расширенный стандарт присадок к топливу под названием Top Tier 9.0043 Бензин моющий ТМ .
Рис. 13. Сравнение отложений на впускных клапанах при использовании различных пакетов топливных присадок. (Изображение: ААА)
Исследование AAA подтвердило, что бензин высшего уровня может поддерживать компоненты двигателя в 19 раз чище, чем топливо с минимальным требуемым уровнем моющих средств.
Сегодня 52 марки бензина соответствуют стандарту Top Tier; список можно найти здесь. AAA рекомендует использовать бензин Top Tier для удаления и предотвращения образования отложений в двигателе, повышения производительности автомобиля и экономии топлива, а также снижения выбросов выхлопных газов.
Содержание этанола
В 2005 году Конгресс принял Стандарт возобновляемого топлива, который предписывал использование нескольких возобновляемых видов топлива, но в первую очередь этанола. В 2007 году были установлены целевые показатели использования возобновляемого топлива, согласно которым к 2022 году необходимо ежегодно использовать 36 миллиардов галлонов такого топлива. Эти целевые показатели в настоящее время пересматриваются, поскольку повышение экономичности автомобильного топлива и другие факторы привели к тому, что объемы продаж топлива значительно ниже тех, которые прогнозировались более десяти лет назад. назад. В 2016 году в бензин, продаваемый в США, было добавлено около 14 миллиардов галлонов этанола, и почти весь бензин содержит до 10 процентов этанола (E10).
Этанол может помочь снизить зависимость Америки от импортируемой нефти, а также является хорошим средством для повышения октанового числа. На самом деле, большинство базовых бензинов сегодня смешиваются с более низким октановым числом, которое затем увеличивается с добавлением этанола для достижения октанового числа, указанного на насосе.
Рис. 14. Бензонасос, который подает бензин обычного качества, не содержащий этанола, в дополнение к бензину обычного, среднего и высшего качества, содержащему этанол. (Изображение: 127driver, Викисклад)
С другой стороны, этанол вызывает коррозию и притягивает воду, что может вызвать проблемы в топливных системах, не предназначенных для бензина E10. В первую очередь это касается старых автомобилей, лодочных моторов, мотоциклов, личных транспортных средств для отдыха и небольших двигателей, используемых в энергетическом оборудовании. AAA рекомендует ознакомиться с руководством по эксплуатации или связаться с производителем транспортного средства, оборудования или двигателя, чтобы определить, безопасно ли использование бензина, содержащего этанол, в той или иной области применения.
Бензин без этанола доступен на большинстве пристаней и на ограниченном количестве заправочных станций.
Некоторые заправочные станции продают бензиновые смеси E15 и E85, содержащие до 15 и 85 процентов этанола соответственно. На этих станциях часто есть дополнительный резервуар для хранения чистого этанола, который смешивается с бензином в специальных «блендерных насосах» для получения конечного топлива. Некоторые насосы-блендеры также дозируют дополнительные смеси этанола и бензина с содержанием этанола от 15 до 85 процентов.
E15 относительно редко встречается на рынке в настоящее время, и AAA рекомендует использовать его только в автомобилях, где он специально одобрен автопроизводителем. Топливо с содержанием этанола более 15 процентов должно использоваться только в транспортных средствах с гибким топливом, которые на заводе оснащены специальными топливными системами, которые могут адаптироваться к смесям с более высоким содержанием этанола.
Выводы
Способность среднего человека влиять на производство, распределение и продажи бензина в значительной степени ограничена выбором, который он делает на заправке.
До этого момента процесс контролируется нефтяными компаниями и государственными органами. Это не значит, что потребительский выбор не важен. В совокупности покупательский выбор потребителей может оказать негативное влияние на доходы корпораций и способствовать более ответственному поведению после экологических бедствий, таких как разливы нефти. Выбор подходящего сорта и качества бензина на индивидуальной основе может сэкономить деньги, оптимизировать производительность и экономию топлива, а также снизить выбросы выхлопных газов.
Чтобы узнать больше
САЙТЫ AAA
Отдел новостей AAA – Отдел новостей AAA: Не все бензины созданы равными,
http://newsroom.aaa.com/2016/07/aaa-not-gasoline-created-equal/
Отдел новостей AAA – Переход на бензин с зимней смесью означает снижение цен у Насоса,
http://newsroom.aaa.com/2016/09/switch-winter-blend-gasoline-means-cheaper-prices-pump/
Отдел новостей AAA – Водители в США ежегодно тратят 2,1 миллиарда долларов на бензин премиум-класса,
http://newsroom.
aaa.com/2016/09/u-s-drivers-waste-2-1-billion-annually-premium-benz/
Отдел новостей AAA – В чем разница между летней и зимней смесями бензина?,
http://newsroom.aaa.com/2013/06/what-is-the-difference-between-summer-and-winter- смесь-бензин/
ПРАВИТЕЛЬСТВЕННЫЕ САЙТЫ
Департамент природных ресурсов штата Луизиана – Откуда берется мой бензин?,
http://www.dnr.louisiana.gov/index.cfm?md=pagebuilder&tmp=home&pid=244
Управление энергетической информации США – Объяснение бензина ,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_home#tab1
Агентство по охране окружающей среды США – Стандарты бензина,
https://www.epa.gov/gasoline-standards
СПРАВОЧНЫЕ САЙТЫ
How Stuff Works, Science – How Stuffworks.com/Gasoline. хтм
How Stuff Works, Наука – Как работает нефтепереработка,
http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/oil-refining.
htm
Википедия – Добыча нефти,
https://en.wikipedia.org/wiki/Extraction_of_petroleum
Википедия — Бензин,
https://en.wikipedia.org/wiki/Бензин
Википедия — Список продуктов сырой нефти,
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_crude_oil_products
Википедия – Процессы нефтепереработки,
https://en.wikipedia.org/wiki/Petroleum_refining_processes
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ОБЪЕКТЫ
ABB Oil and Gas – Справочник по добыче нефти и газа,
https://library.e.abb.com/public/34d5b70e18f7d6c8c1257be500438ac3…
Американские производители топлива и нефтехимии – Процесс переработки,
https://www.afpm .org/the-refinery-process/
Американские производители топлива и нефтехимии – за что потребители платят на заправке 101,
http://education.afpm.org/refining/factors-affecting-gas-prices/
Американский институт нефти
http://www.api.org/
Chevron – Технический обзор автомобильных бензинов,
http://www.
chevronwithtechron.ca/products/documents/69083_MotorGas_Tech_Review.pdf
Нефтеперерабатывающий завод Chevron Pascagoula – переработка и переработка сырой нефти,
http://pascagoula.chevron.com/abouttherefinery/whatwedo/processingandrefining.aspx
Университет Колорадо в Боулдере, Межгорный нефтегазовый проект BMP – Процесс разработки,
http://www.oilandgasbmps.org/resources/development.php
Примечания
1 Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, История бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_history
2 9004 4 Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, Использование бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_use
3 Управление энергетической информации США, Объяснение бензина, Использование бензина,
https://www.eia.gov/energyexplained/index.cfm?page=gasoline_use
4 Управление энергетической информации США, Чистый импорт сырой нефти и нефтепродуктов в США,
https://www.