Бензин из метана: новые разработки # Темы дня

Синтез бензина | TIGAS™

TIGAS™ (улучшенный синтез бензина Топсе) — производство высококачественного бензина из природного, сланцевого и попутного нефтяного газа, угля, нефтяного кокса или биомассы

Нефтяной кризис 1973 года спровоцировал интерес к синтетическим видам топлива, который с последующим падением цен на нефть пошел на убыль. Недавние высокие цены на энергоносители, нестабильность их поставок, а также ужесточение требований к качеству бензина возродили утраченный интерес и побудили Топсе разработать свое технологическое решение — TIGAS™.

Синтетический бензин является не только конкурентной альтернативой традиционному бензину, получаемому переработкой нефти,  но и новым видом энергоносителя. В отличие от диметилового эфира, метанола и этанола синтетический бензин соответствует действующим стандартам качества для топлив, то есть является готовым товарным продуктом. Блягодаря этому производство может располагаться  независимо от нефтеперерабатывающих заводов, а бензин может распределяться через существующую инфраструктуру и применяться как автомобильное топливо без изменения конструкции двигателей.

Углеводородный продукт, полученный по технологии TIGAS™, подходит для разбавления высоковязкой нефти, а также для смешения с бензиновыми фракциями, полученными при нефтепереработке, или может быть использован как товарный продукт. TIGAS™ – это современная технология для топлива будущего.

Два варианта производства бензина

Мы предлагаем два варианта производства бензина:

• MTG (метанол в бензин), где метанол является промежуточным продуктом
• STG (синтез-газ в бензин) – способ получения бензина из синтез-газа

Вариант MTG является логичным решением, если на площадке уже есть действующая установка метанола. Но для новой установки выбор технологии будет зависеть от типа исходного сырья, стоимости энергоресурсов и желаемого соотношение капитальных и эксплуатационных затрат. Мы подробно исследуем Вашу площадку и технологические процессы, чтобы в тесном сотрудничестве прийти к решению для достижения намеченных Вами целей. исчерапаемость и нестабильность поставок природных энергоресурсов  возродили утраченный интерес  , что, вместе с ужесточением требований к качеству бензина, побудило Топсе разработать свое технологическое решение — TIGAS™, т. е. улучшенный синтез бензина Топсе.    

Бензин из метанола (MTG)

Технология MTG часто выбирается при строительстве новых установок,а для действующих установок она предоставляет возможность увеличить добавочную стоимость метанола. Технология MTG с получением метанола, как промежуточного продукта, является наиболее оптимальной при переработке природного газа. При этом для производства синтез-газа примененяются наши технологии парового риформинга, в том числе запатентованный автотермический риформинг (ATR).

Бензин из синтез-газа (STG)

В технологии STG синтез метанола, диметилового эфира (ДМЭ), а также бензина интегрированы в единый цикл. Синтез-газ сначала конвертируется в оксигенаты (метанола/ДМЭ), которые далее преобразуются в бензин. Технология STG особенно подходит для таких видов сырья, как уголь, нефтяной кокс или биомасса. Путем газификации данного сырья производят синтез-газа (смесь H

2, CO и CO₂) с соотношением H₂:CO близким к единице.

Два высокоэффективных процесса

Подготовка к синтезу бензина

Мы спроектировали и осуществили поставку катализаторов на более чем 100 агрегатов метанола по всему миру,  тем самым сделав производство метанола максимально эффективным. При этом мы достигли глубокого понимания потребностей наших заказчиков, а также возможных путей повышения прибыльности их бизнеса. Безусловно, конечный продукт играет определяющую роль, однако от выбора технологии конверсии углеводородного сырья зависит вся экономика установки TIGAS™. Так стадия производства синтез-газа, как правило, является наиболее капиталоемкой частью всей установки. Все технологии риформинга являются базовыми технологиями Топсе, поэтому мы всегда можем подобрать наиболее эффективное решение, отвечающее всем Вашим задачам. Как по технологии MTG, так по технологии STG, бензин составляет более 85% от общего выхода. Вторым ценным продуктом  помимо бензина является сжиженный углеводородный газ (СУГ), выход которого составляет около 11-13% от общего выхода. Остававшуюся часть продуктового потока составляет  топливный газ. Таким образом, достигается высокая эффективность установки по углероду.

Газификацией или паровым риформингом производится синтез-газ, который направляется на синтез оксигенатов, то есть или синтез метанола (MTG) или интегрированного синтеза метанола/ДМЭ (SGT) согласно следующим химическим реакциям:

CO + 2H₂ ↔ CH₃OH                (1)
CO + H₂O ↔ CO₂+ H₂             (2)
2CH₃OH ↔ CH₃OCH₃+ H₂O    (3)

Бензин из метанола или ДМЭ

После цикла синтеза метанола/ДМЭ технологический поток разбавляется рециркулятом и направляется на следующий этап – синтез бензина. Синтеза бензина протекает в параллельных адиабатических реакторах, что позволяет осуществлять периодическую регенерацию катализатора. Метанола и ДМЭ конвертируются в бензин в соответствии со следующими реакциями:

n CH₃OH ↔ n (CH₂) + n H₂O         (4)
n CH₃OCH₃ ↔ n 2(CH₂) + n H₂O   (5),

где (CH₂) — углеводородный продукт. Суммарная реакция может быть представлена следующим образом:

Оксигенаты (MeOH/ДМЭ) → C 1-2 + C3-4 (СУГ) + C₅+ (бензин) + H₂O + тепло     (6)

Блок повышения качества бензина представляет собой дополнительную каталитическую стадию. В результате этого процесса тяжелая фракция бензина подвергается трансформации, которое приводит в повышению октанового числа. Последующее смешение данной высокооктановой фракции с оставшимися фракциями позволяет получить высококачественный бензин стандарта Евро-5.

Соответствие национальным стандартам качества бензина по всему миру

Бензин представляет собой смесь углеводородов (ароматических, олефинов, нафтеновых и парафинов), однако для использования его в качестве автомобильного топлива необходимо, чтобы он соответствовал определенным требованиям. Многие страны имеют свои собственные стандарты, чтобы быть уверенными в выполнении данных требований. Но, несмотря на некоторые различия между такими стандартами как, например, American Standard, Euro V и GB 1730, технология TIGAS™ гарантирует производство бензина, соответствующего подавляющему большинству национальных стандартов качества.

Бензин еще более высокого качества

Бензин-сырец подходит для смешения с традиционными бензиновыми фракциями, полученными при переработке нефти. Также его характеристики могут быть доработаны до требуемых специфических стандартов. В самом простом случае удаление растворенных газов приведет к стабилизации жидкого продукта. 

Бензин из природного газа » Все о транспорте газа

Ученые из Института нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева РАН получили моторное топливо из природного газа.По известной технологии, метан, которого в природном газе около 94%, превращают в синтез-газ (оксиды углерода в смеси с водородом). Из него делают метиловый спирт, затем моторное топливо. Регулировать состав конечного продукта не удается — получается смесь разных, в том числе слишком тяжелых углеводородов.

Сотрудники ИНХС предлагают получать синтез-газ в модифицированных двигателях. Двигатель становится своеобразным химическим реактором, который вырабатывает из синтез-газа демитиловый эфир и одновременно электроэнергию. Оказалось, что гораздо выгоднее получать из синтез-газа диметиловый эфир. Это соединение — прекрасное дизельное топливо, которое можно использовать как бытовой газ, топливо для электростанций, заменитель фреонов в холодильных установках. Получить его технически проще и экономически выгоднее, чем метанол.

Из диметилового эфира можно делать высокооктановый, чистый бензин. Этот синтез ученые разработали и осуществили на опытно-промышленном уровне. Предложен также синтез бензина из метана без промежуточных стадий получения метанола или диметилового эфира.

В России решена проблема получения бензина из углеводородного газового сырья

В Институте Нефтехимического Синтеза им. А.В.Топчиева РАН разработали экологически чистую технологию получения синтетического моторного топлива из газового углеводородного сырья с большим выходом конечного продукта (на 90% и выше получают чистый бензин). Эта проблема получения жидких продуктов различного назначения из газового углеводородного сырья уже много десятилетий будоражит умы исследователей практически всех промышленно развитых стран мира.

Само 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, подчеркивается, что топливный рынок может принять практически любое количество бензина и других видов моторного топлива, в то время как емкость рынка других химических продуктов ограничена. Нестабильность рынков нефти и постоянные угрозы то забастовок (как в Венесуэле), то войны (как в Ираке и Кувейте), а также скорое исчерпание мировых запасов нефти, говорит о необходимости учитывать возможность перехода на иные виды сырья при производстве бензина.

Кроме того, стоимостные показатели для моторных топлив в отдаленных и труднодоступных районах, а также экологические проблемы, связанные с большим количеством попутных нефтяных газов, зачастую сжигаемых на факелах, в частности на морских платформах, аспект экологии в свете возможности использования синтетических моторных топлив является их преимущество перед топливами из нефти в отношении чистоты выхлопных газов.

По этим причинам в последние годы XX века интерес к промышленному использованию углеводородных нефтяных газов в качестве сырья для получения моторных топлив получил новый импульс в ряде индустриально развитых стран мира, в том числе и в России. Но до настоящего времени для получения синтез-газа почти исключительно применяли процесс конверсии метана с водяным паром в присутствии кислорода на катализаторах на основе никеля Ch5+h3O=СО+3Н2.

У этого процесса есть два основных недостатка: его энергоемкость и то, что для его реализации требуется создание специального завода по производству кислорода. Это не только ложится тяжелым бременем на экономику, но и увеличивает технический риск. Например, известно, что в 1997 году на одном из производств по получению синтетического топлива произошел разрушительный взрыв на заводе по производству кислорода. В присутствии кислорода происходят реакции с выделением тепла. В результате подобной реакции в синтез-газе появляется заметное количество углекислоты, а в некоторых случаях отношение СО/СО2 близко к двум.

Для устранения первого из этих недостатков энергозатратную паровую конверсию по реакции конверсии метана с водяным паром (или, как ее еще называют, паровой риформинг) стали комбинировать в одном аппарате с энергопроизводящей реакцией парциального (частичного) окисления метана кислородом. Этот комбинированный процесс получил название «автотермический риформинг». Но это все равно вело к удорожанию конечного продукта.

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 (1200-1500°С) и давления (до 150 атм), а в качестве окислителя на мощных промышленных установках опять таки приходилось использовать кислород, что не снижало степень риска подобных производств.

К тому же, бензин получался низкого качества, либо высокого, но очень дорогой. А на всех этапах получения конечного продукта требовалось использовать только высокочистое сырье. Это требует больших затрат на его подготовку и очистку и усложняет технологическую схему.

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

Сущность их метода получения бензина состоит в следующем. Сначала при повышенном давлении синтез-газ, содержащий водород, оксиды углерода, воду, оставшийся после его получения не прореагировавший углеводород, а также содержащий или не содержащий балластный азот. Затем, путем конденсации из синтез-газа выделяют и удаляют воду и потом 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 осуществляют различными способами, например, в процессе парциального окисления углеводородного сырья под давлением, обеспечивающим возможность его каталитической переработки без дополнительного компримирования. Или же получают путем каталитического риформинга углеводородного сырья с водяным паром или путем автотермического риформинга. При этом процесс проводят при подаче воздуха, воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода. Были отлажены и другие варианты.

Таким образом удается получить бензиновую фракцию с выходом до 90%, а выход сухого газа (C1-С3) составлял 8,5%. Экологически вредных выбросов на порядки меньше по данной технологии, при этом в их составе отсутствуют такие ядовитые компоненты, как бензол, дурол и изодурол. Эти результаты имеют важное экологическое значение, принимая во внимание тот факт, что тенденции изменения требований к топливу для карбюраторных двигателей характеризуются ограничением допустимого содержания в них ароматических углеводородов.

Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ

M100 — INFRA Technology

Мобильная модульная установка по переработке газа в жидкое топливо (GTL) на основе прямой конверсии природного газа в синтетическую нефть

Продукция

Легкая синтетическая нефть с уникальными качественными характеристиками:

• Более 95% легких жидких фракций (Температура конца кипения
• Без примесей серы и ароматических углеродов.
• Большая доля изопарафинов и олефинов.
• Высокое (до 70) цетановое число дизельного топлива.
• Высокая доля (до 45%) авиационного топлива.

400

квадратных метров

Установка M100 гарантированно производит 4,100 тонн синтетической нефти (смесь с соотношением дизельной и бензиновой фракций 40/60, с большим содержанием керосина) из 10 миллионов кубометров газа в метановом эквиваленте в год.

Продукты переработки газа в жидкое топливо по технологии компании ИНФРА полностью совместимы с существующей инфраструктурой процессами, технологиями и средствами транспортировки нефтяной отрасли. Синтетическое топливо отличается уникальными потребительскими свойствами и соответствует самым жестким экологическим требованиям: отсутствие ароматических соединений, серы, азота и многих других вредных выбросов. Синтетическая нефть ИНФРА с легкостью смешивается с природной нефтью и может транспортироваться вместе с ней.

Техническая информация
Требования к сырью	Объем газа- 10 млн куб м в год (в метановом эквиваленте). Давление – Отсутствует. Температура – Отсутствует. Содержание метана — 60-100%. Содержание углекислого газа — 0-25% с увеличением производительности. В случае содержания серы > 4.0 ppm требуется дополнительный блок сероочистки. Кислород < 50.0 ppm.
Стандарты	ASME код для сосудов высокого давления. API ASCE 7-10
Объем поставки	Блок Печи парового реформинга метана. Блок кондиционирования синтетического газа и выделения углекислоты. Блок реакторов Фишера-Тропша Диспетчерская M100 поставляется в собранных модулях, поставка включает первую партию катализатора для реактора Фишера-Тропша.
Дополнительные опции	Блок компрессии природного газа. Блок сероочистки. Блок производства электричества. Блок сбора и утилизации воды. Блок производства товарного топлива, например, дизельного топлива.
Основные характеристики	Экономически выгодное решение проблемы утилизации попутного газа, позволяющее избежать его сжигание. Позволяет переработать 10 млн кубометров стандартного газа в 4,100 тонн премиальной синтетической нефти в года, без побочных продуктов. Компактная, модульная транспортируемая система
Основные преимущества	Низкие капитальные затраты и операционные расходы Производство высококачественного однородного жидкого продукта – синтетической нефти (без тяжелых восков) не требует гидрокрекинга и модернизации, хорошо смешивается с сырой нефтью. Стабильный продукт. Нет побочных продуктов Синтетическая сырая нефть полностью совместима с существующей нефтяной инфраструктурой и легко перерабатывается в дизельное топливо Перерабатывает сырьевой газ различной плотности Перерабатывает газ, насыщенный CO2 (до 25% содержания углекислоты позволяет повысить производительность) Не требуется удаление газового конденсата и азота из сырьевого газа Высокая углеродная эффективность Модульный, компактный и легко транспортируемый комплекс. Самодостаточный процесс, не требующий подключения к электросетям и водоснабжению Отсутствуют постоянные факельные выбросы

Общая информация О МЕТАНЕ

Использование природного газа в качестве моторного топлива

           Использование природного газа в качестве моторного топлива — важнейшее направление развития мировой газовой индустрии и экономической политики Российской Федерации.

          Расширение применения природного газа (метана) в качестве моторного топлива ведется в рамках подпрограммы «Развитие рынка газомоторного топлива» государственной программы Российской Федерации «Развитие энергетики».        

          Реализация мероприятий, направленных на развитие рынка газомоторного топлива предусмотрены государственной программой Волгоградской области «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в Волгоградской области», утверждённой постановлением Администрации Волгоградской области от 31 декабря 2014 г. № 136-п.

До конца 2024 г. на территории Волгоградской области планируется:

— довести количество автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) до 40 ед.;

— увеличить количество транспортных средств использующих компримированный природный газ (КПГ) в качестве моторного топлива на 5200 ед.

         Для   увеличения   автопарка   на    природном   газе программой предусматривалось выделение субсидий на возмещение 30% затрат по переоборудованию техники. Решением Председателя Правительства Российской Федерации Михаила Мишустина размер субсидий на перевод транспорта на природный газ в 2020 году увеличен в два раза: с 30 % до 2/3 затрат.

         Реализация данной программы является эффективным антикризисным инструментом по переходу к использованию наиболее доступного по цене топлива – природного газа.

        Компримированный природный газ (КПГ)  — сжатый природный газ (метан), используемый в качестве моторного топлива полностью заменяемый бензин или пропан, и частичное замещение дизельного топлива. В разы дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200−220 бар. Также используется добавление к компримированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.

Преимущества КПГ:

ЭКОНОМИЧНОСТЬ
Стоимость 1 км пробега автомобиля на метане в среднем в 2−3 раза ниже, чем в традиционных видах топлива. Средняя цена на метен (КПГ) по РФ 17 руб/м3.

БЕЗОПАСНОСТЬ
У метана среди моторного топлива самый высокий класс пожарной безопасности 4.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ
Метан — это чистое моторное топливо без примесей и добавок, что позволяет продлить срок службы двигателя автомобиляв 1,5 раз.

ЭКОЛОГИЧНОСТЬ
Метан соответствует самым высоким стандартам экологической безопасности «EURO — 6». При использование метана в качастве моторного топлива, выброс токсичных веществ в окружающую среду снижается в 10 раз.

      

Аппарат РАУМ-4 для переработки газа в бензин

Устройство предназначено для переработки метана ( природный газ, бытовой газ ) или биогаза, в домашних условиях, в бензин и дизельное топливо, или метанол.

Технические характеристики:

• Используемое сырьё: метан (природный газ) или биогаз.
• Получаемое топливо: бензин, дизтопливо или метанол (устанавливается аппаратом).
• Расход метана, или биогаза на изготовление 1литра топлива: 1 — 4 куб.м. (зависит от установленных режимов, получаемого вида топлива и используемого сырья).
• Рабочее напряжение: ~220 В.
• Потребляемая электрическая мощность: ~1 КВт. ч.
• Поддержка установленных режимов работы: автоматическая.
• Время непрерывной работы: неограничено.
• Производительность: легко масштабируется (если, вам, изготовив аппарат по указанным в инструкции размерам, удалось получить, например 3 литра топлива за 1 час, то при увеличении всех габаритных размеров блоков установки в 2 раза, Вы получите около 20 л/час, в 3 раза — 75 л/час и так далее).

По просьбам посетителей сайта, для примера, привожу один из чертежей и пару фотографий из предлагаемого руководства по самостоятельному изготовлению РАУМ-4 (см. ниже)

Коротко о РАУМ-4

Инструкцию по сборке устаревшей РАУМ-2 можно скачать бесплатно на этой странице.

Раум-4 это своеобразный гибрид, воплотивший в себе все самые лучшие характеристики Раум-2 и установки Вакса. Большинство людей, изучивших руководство по сборке Раум-2, поняли, что его производительность, в основном, ограничивается, мощностью применяемого электролизера.

Но в установке Раум-4 электролизёр не применяется!

Отсутствие электролизера не только значительно упростило саму конструкцию Раум-4 и увеличило его производительность, но и сократило финансовые затраты на его изготовление, т.к. в нем помимо электролизера отсутствуют стабилизатор тока, мощный трансформатор и другие компоненты.

В инструкции по изготовлению устройства есть вся необходимая информация для его самостоятельной сборки (теория, принцип работы, чертежи, фотографии, схемы, подробное описание).

Ниже представлено несколько фотографий одной из, можно сказать, удачных копий РАУМ-4, изготовленной по предлагаемому руководству.

Фотографии сделаны в процессе изготовления установки и были любезно предоставлены Дмитрием из Украины.

Если статья хоть немного помогла, поставьте, пожалуйста, лайк:

…или подпишитесь на новости:

Bi-Fuel* — Введение к автомобильной газовой топливной системе | Информация, касающихся двухтопливных моделей | Информация, касающихся двухтопливных моделей | V60 2017 Early

Основным компонентом газового топлива является метан. В природном газе содержание метана варьируется между 85% и 98%. В биогазе содержание метана почти 100%.

Баллоны с газом располагаются под полом в багажном отделении, что никак не влияет на обычный бензобак.

Данная система тестируется так же, как и система бензиновых автомобилей. Система герметично закрыта, что исключает утечки газа, например, во время заправки. Газовые баллоны защищены и противостоят удару при столкновении. Газ легче воздуха, не токсичен и обладает более высокой температурой воспламенения по сравнению с бензином и дизельным топливом. Риск возгорания или взрыва в результате аварии меньше, чем у бензина и дизельного топлива.

Газовый баллон оснащен предохранительным клапаном, который обеспечивает сброс газа при аномально высоких давлениях. Благодаря этому клапану баллон не взорвется.

Предупреждение

В случае аварии, прежде чем вернуть автомобиль в эксплуатацию, его необходимо проверить и получить разрешение на его эксплуатацию на официальной станции техобслуживания Volvo. Обязательно уведомляйте аварийную службу по месту оборудования автомобиля системой CNG.

Предупреждение

Во время заправки, сервиса и ремонтных работ запрещается курить и пользоваться открытым огнем. В случае пожара немедленно покиньте автомобиль и отойдите от него на безопасное расстояние.

Ни при каких обстоятельствах не разбирайте и не настраивайте самостоятельно ни систему, ни ее компоненты. При выполнении таких операций существует серьезный риск получения травмы. Поэтому все операции сервиса и ремонта по соображениям безопасности должны выполняться только квалифицированным механиком, лучше всего – на официальной станции техобслуживания Volvo.

Предупреждение

Если вы почувствовали запах газа в автомобиле или около него, немедленно переключите его на бензин и проверьте его в ближайшей мастерской, в которой есть специально обученные механики.

Если автомобиль помещается в камеру для окраски распылением/отверждения лака с температурой сушки выше 60 °C, давление в системе не должно превышать 50 бар, а для этого баллон CNG должен быть почти пустой.

Что можно сделать из природного газа

Природный газ отлично вступает в химическую реакцию горения. Поэтому чаще всего из него получают энергию — электрическую и тепловую. Но на основе газа можно сделать еще удобрение, топливо, краску и многое другое.

Значительные объемы газа использует также металлургическая промышленность. Но и здесь природный газ также используется как источник энергии — для разогрева доменных печей.

Зеленое топливо

В России около половины поставок газа приходится на энергетические компании и коммунальное хозяйство. Даже если в доме нет газовой плиты или газового водонагревателя, все равно свет и горячая вода, скорее всего, получены с использованием природного газа.
Природный газ — самое чистое среди углеводородных ископаемых топлив. При его сжигании образуются только вода и углекислый газ, в то время как при сжигании нефтепродуктов и угля образуются еще копоть и зола. Кроме того, эмиссия парникового углекислого газа при сжигании природного газа самая низкая, за что он получил название «зеленое топливо». Благодаря своим высоким экологическим характеристикам природный газ занимает доминирующее место в энергетике мегаполисов.

На газе можно ездить

Природный газ может использоваться как моторное топливо. Сжатый (или компримированный) метан стоит в два раза дешевле 76-го бензина, продлевает ресурс двигателя и способен улучшить экологию городов. Двигатель на природном газе соответствует экологическому стандарту Евро-4. Газ можно использовать для обычных автомобилей, сельскохозяйственного, водного, воздушного и железнодорожного транспорта.

Компримированный газ получают на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) путем сжатия природного газа, поступающего по газопроводу, до 20–25 МПа (200–250 атмосфер).

Еще из природного газа можно производить жидкие моторные топлива по технологии «газ-в-жидкость» (gas-to-liquid, GTL). Поскольку природный газ — достаточно инертный продукт, практически всегда при переработке на первом этапе его превращают в более реакционно-способную парогазовую смесь — так называемый синтез-газ (смесь СО и Н₂).
Далее ее направляют на синтез для получения жидкого топлива. Это может быть так называемая синтетическая нефть, дизельное топливо, а также смазочные масла и парафины.

Впервые жидкие углеводороды из синтез-газа получили немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш еще в 1923 году. Правда, тогда в качестве источника водорода они использовали уголь. В настоящее время различные варианты метода Фишера-Тропша используются во многих представленных на рынке процессах превращения газа в жидкие углеводороды.

Отбензинивание

Первичная переработка газа происходит на ГПЗ — газоперерабатывающих заводах.
Обычно в природном газе помимо метана содержатся разнообразные примеси, которые необходимо отделить. Это азот, углекислый газ, сероводород, гелий, пары воды.
Поэтому в первую очередь газ на ГПЗ проходит специальную обработку — очистку и осушку. Здесь же газ компримируют до давления, необходимого для переработки. На отбензинивающих установках газ разделяют на нестабильный газовый бензин и отбензиненный газ — продукт, который впоследствии и закачивают в магистральные газопроводы. Этот же уже очищенный газ идет на химических заводы, где из него производят метанол и аммиак.

А нестабильный газовый бензин после выделения из газа подается на газофракционирующие установки, где из этой смеси выделяются легкие углеводороды: этан, пропан, бутан, пентан. Эти продукты тоже становятся сырьем для дальнейшей переработки. Из них в дальнейшем получают, к примеру, полимеры и каучуки. А смесь пропана и бутана сама по себе является готовым продуктом — ее закачивают в баллоны и используют в качестве бытового топлива.

Краска, клей и уксус

По схеме, похожей на процесс Фишера-Тропша, из природного газа получают метанол (CH₃OH). Он используется в качестве реагента для борьбы с гидратными пробками, которые образуются в трубопроводах при низких температурах. Метанол может стать и сырьем для производства более сложных химических веществ: формальдегида, изоляционных материалов, лаков, красок, клеев, присадок для топлива, уксусной кислоты.

Путем нескольких химических превращений из природного газа получают также минеральные удобрения. На первой стадии это аммиак. Процесс получения аммиака из газа похож на процесс gas-to-liquid, но нужны другие катализаторы, давление и температура.

Аммиак сам по себе является удобрением, а также используется в холодильных установках как хладагент и в качестве сырья для производства азотсодержащих соединений: азотной кислоты, аммиачной селитры, карбамида.

Как получается аммиак

Вначале природный газ очищают от серы, затем он смешивается с подогретым водяным паром и поступает в реактор, где проходит через слои катализатора. Эта стадия называется первичным риформингом, или парогазовой конверсией. Из реактора выходит газовая смесь, состоящая из водорода, метана, углекислого (СО₂) и угарного газов (СО). Далее эта смесь направляется на вторичный риформинг (паровоздушная конверсия), где смешивается с кислородом из воздуха, паром и азотом в необходимом соотношении. На следующем этапе из смеси удаляют СО и СО₂. После этого смесь водорода и азота поступает собственно на синтез аммиака.

Как превратить дешевый природный газ в низкоуглеродный бензин

Они ключевые? Генетически модифицированный вирус.

Siluria Technologies

Откройте дверь гаража в Кремниевой долине, и вы наверняка найдете какую-то технологию, разрабатываемую предприимчивым предпринимателем. Но бензиновый завод?

Это то, что вы увидите позади форпоста Siluria Technologies в анонимном офисном парке у залива Сан-Франциско. Устройство из труб, трубок и металлических цилиндров различных размеров производит низкоуглеродный бензин не путем переработки нефти, а путем преобразования метана в топливо с помощью катализатора, выращенного из генетически модифицированного вируса.

ExxonMobil производит бензин не так.

Но результат тот же. Эрик Шер, вице-президент Siluria по исследованиям и разработкам, открывает бутылку прозрачной жидкости, полученной в ходе пилотного проекта, и предлагает мне понюхать. Ага, это чистый бензин, но без капли. Есть еще одно ключевое отличие: Siluria утверждает, что на ее бензин приходится половина углеродного следа топлива, полученного из нефти.

«Мы пытаемся создать компанию, которая позволит нам максимально использовать природный газ», — сказал Шер.«Мы говорим о том, чтобы производить все продукты, которые люди производят из нефти, кроме газа. Это означает, что он будет чище, так как вы не будете переносить серу, ртуть и все остальное, что выходит из земли в жидкости ».

«Это также говорит о том, что некоторые части мира могут стать менее зависимыми от нефти, чем сегодня», — сказал он.

Соединенные Штаты, конечно же, наводнены дешевым метаном из-за бума гидроразрыва природного газа. В производстве топлива из газа нет ничего нового. Для этого использовался метод Фишера-Тропша, разработанный в Германии в 1920-х годах.Но это дорогостоящий и энергоемкий процесс, потому что сначала нужно расщепить метан на окись углерода и водород, а затем полученный синтетический газ преобразовать в углеводороды, которые можно переработать в топливо.

Используя технологию, разработанную профессором Массачусетского технологического института и директором компании Siluria Ангелой Белчер, в процессе окислительного сочетания метана метан напрямую преобразуется в этилен за счет использования катализатора, который не потребляет энергию. Этилен, ключевой компонент многих нефтехимических продуктов, сам по себе составляет 150 миллиардов долларов в год.Затем этилен можно превратить в бензин, дизельное топливо или реактивное топливо с помощью процесса Siluria.

Исполнительный директор Siluria Эдвард Дайнен оценивает, что в промышленных масштабах технология компании может производить бензин примерно по 15 долларов за баррель, не считая стоимости природного газа. «Пока нефть в восемь раз дороже газа, у нас будет преимущество», — говорит он.

Инвесторы, видимо, так считают. Такие крупные венчурные компании, как Kleiner Perks Caufield & Byers и Vulcan Capital, вложили более 80 миллионов долларов в Siluria, и компания вместе с нефтехимическим гигантом Brascom строит демонстрационный завод в Техасе.

Джулия Аллен, аналитик компании Lux Research, занимающейся маркетинговыми исследованиями, отметила, что Siluria — одна из многих компаний, пытающихся использовать поставки дешевого природного газа для производства продуктов, но ее технология кажется уникальной.

«Тем не менее, интересные технологии не дадут вам результатов», — сказала она мне. «В конце концов, вы должны рассчитывать свои затраты».

Дайнен, бывший генеральный директор биотопливной компании LS9, говорит, что Siluria скоро объявит о партнерстве с крупной нефтехимической компанией, которую он отказался назвать.

«Они будут интегрировать свои технологии с нашими и лицензировать их по всему миру», — говорит он. «Это еще одно подтверждение для внешнего мира, что все это реально».

Природный газ на бензин | MIT Technology Review

Техасская компания заявляет, что она разработала более дешевый и чистый способ преобразования природного газа в бензин и другое жидкое топливо, что делает экономичным извлечение запасов природного газа, которые в прошлом были слишком малы или отдалены для разработки. .

Эффективное использование топлива: Synfuels эксплуатирует демонстрационный завод в Техасе с 2005 года.Компания заявляет, что ее технология преобразования газа в жидкость достаточно рентабельна, чтобы позволить превращать природный газ в бензин.

Компания Synfuels International из Далласа, стоящая за этой технологией, заявляет, что этот процесс требует меньше этапов и намного эффективнее, чем более известные методы, основанные на процессе Фишера-Тропша. Этот процесс превращает природный газ в синтез-газ, смесь водорода и окиси углерода; затем катализатор заставляет углерод и водород повторно соединяться с образованием новых соединений, таких как спирты и топливо.Нацистская Германия использовала процесс Фишера-Тропша для преобразования угля и метана из угольных пластов в дизельное топливо во время Второй мировой войны.

НПЗ Synfuels, производящий сжиженный газ (GTL), проходит несколько этапов преобразования природного газа в бензин, но утверждает, что делает это с более высокой общей эффективностью. Во-первых, природный газ расщепляется или «крекируется» при высоких температурах до ацетилена, более простого углеводорода. Затем на отдельной жидкофазной стадии с использованием запатентованного катализатора 98 процентов ацетилена превращается в этилен, более сложный углеводород.Затем этот этилен можно легко превратить в ряд топливных продуктов, включая высокооктановый бензин, дизельное топливо и реактивное топливо. И конечный продукт не содержит серы.

«Мы можем производить баррель бензина намного дешевле, чем это может сделать Фишер-Тропш», — говорит Кеннет Холл, соавтор процесса и бывший глава факультета химического машиностроения Техасского университета A&M. Холл говорит, что заводу Фишера-Тропша повезло произвести баррель бензина за 35 долларов, но что гораздо меньший НПЗ Synfuels может произвести тот же баррель за 25 долларов.Компания заявляет, что при нынешних ценах на топливо такая установка окупится всего за четыре года.

Техасский университет A&M лицензировал свой подход к Synfuels и частично владеет компанией, которая с 2005 года управляет демонстрационным заводом в Техасе стоимостью 50 миллионов долларов и сообщает, что близка к подписанию сделки по строительству своего первого коммерческого нефтеперерабатывающего завода недалеко от Кувейта.

Президент Synfuels Том Рольф говорит, что компания разработала некоторые запатентованные компоненты и катализаторы, но добавляет, что большая часть подхода основана на готовых технологиях.Он говорит, что главное преимущество Synfuels — эффективность, с которой он расщепляет и собирает молекулы углеводородов. «Никто не достиг такой высокой степени конверсии природного газа в ацетилен, как мы», — говорит Рольфе.

Али Мансури, профессор химического машиностроения и физики в Университете Иллинойса в Чикаго, говорит, что этот процесс кажется гораздо менее сложным, чем те, что используются на заводе Фишера-Тропша. «Показатели эффективности преобразования и селективности выглядят многообещающими», — добавляет он.

Но не только Synfuels пытается сделать GTL более экономичным. Компания Gas Reaction Technologies, дочерняя компания Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, разработала процесс преобразования природного газа в соединения на основе брома, которые позже превращаются в жидкое топливо.

Остаток бензина: Чтобы превратить природный газ в бензин, необходимо выполнить несколько шагов. Природный газ при высоких температурах разлагается на ацетилен, и на стадии жидкой фазы ацетилен превращается в этилен.Его можно преобразовать в ряд топливных продуктов, включая высокооктановый бензин, дизельное топливо и авиационное топливо.

Цель для обеих компаний одна и та же: использовать запасы природного газа, которые слишком малы или слишком отдалены, чтобы получить доступ к ним по выделенному трубопроводу. Большая часть этого газа является побочным продуктом добычи нефти. По оценкам Всемирного банка, более 150 миллиардов кубометров природного газа, что эквивалентно комбинированному потреблению газа Францией и Германией, ежегодно сжигаются или сбрасываются в воздух нефтяными компаниями, у которых нет экономичных способов доставки газа на рынок.Всемирный банк добавляет, что в результате выбросы парниковых газов являются одним из основных факторов изменения климата.

«С нашей технологией вы можете выйти в месторождение и перерабатывать этот природный газ в бензин», — говорит Рольфе. «Теперь это жидкость, поэтому ее можно отправлять по существующим нефтепроводам. Для этого есть огромные возможности в таких странах, как Россия, Ближний Восток и Южная Америка ».

Есть также возможности на Северном склоне Аляски, где нефтяные гиганты, такие как BP, рассматривают проекты GTL как способ вывода природного газа на рынок в качестве побочного продукта добычи нефти.В конце 1990-х годов BP потратила 86 миллионов долларов на демонстрационный завод Фишера-Тропша с идеей, что природный газ можно преобразовать в дизельное топливо и смешать с сырой нефтью, транспортируемой по трансаляскинскому нефтепроводу протяженностью 1 200 км. Но проект BP так и не оказался коммерчески жизнеспособным.

Шириш Патил, профессор нефтяной инженерии в Университете Аляски в Фэрбенксе, говорит, что высокая стоимость Фишера-Тропша и рост цен на нефть теперь склоняют промышленность к строительству специального газопровода.Но более низкие затраты на GTL могут это изменить. «Если существует какой-либо процесс, который устраняет некоторые шаги Фишера-Тропша и снижает общую стоимость конверсии, это, безусловно, отразится на экономике», — говорит Патил. «И преобладает экономика».

Рольф говорит, что Аляска определенно находится в поле зрения Synfuels. «Мы работаем со штатом Аляска, чтобы использовать наши заводы в качестве альтернативы», — говорит он. «Решение Фишера-Тропша для Северного склона вовсе не изящно. Это все равно, что заставить слона выполнять свою тяжелую работу, когда все, что вам нужно, — это две или три породистых лошади.Рольфе добавляет, что НПЗ Synfuels может быть самодостаточным в отдаленных районах, потому что половина добываемого им природного газа может использоваться для удовлетворения потребностей завода в электроэнергии и обогреве, а остальная часть превращается в топливо. И в отличие от завода Фишера-Тропша, процесс Synfuels не дает твердых восков или токсичных побочных продуктов.

По оценкам Synfuels, только 200 из 15 000 газовых месторождений за пределами Северной Америки являются достаточно большими, чтобы оправдать высокие капитальные затраты на установку Фишера-Тропша. Сегодня существует несколько таких заводов, в том числе нефтеперерабатывающий завод Shell в Малайзии и завод Mossgas в Южной Африке.Еще два завода также находятся в стадии разработки — в Катаре и Нигерии.

Девиндер Махаджан, инженер-химик из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, говорит, что промышленность будет несколько скептически настроена, пока у Synfuels не появится коммерческий завод. «Есть много инвесторов, которые вложили бы деньги, если бы у компании были заявленные преимущества перед Фишером-Тропшем».

Но такой интерес растет. В январе кувейтская компания AREF Energy Holding инвестировала 28 долларов.5 миллионов в Synfuels за миноритарный пакет акций компании и эксклюзивные права на продажу нефтеперерабатывающих заводов на Ближнем Востоке и в Северной Африке. Рольф говорит, что интерес к продажам также растет в Австралии, Аргентине, Египте и Казахстане.

Холл надеется, что последний квартал 2008 года станет годом прорыва для Synfuels и того, как это воспримут крупные нефтяные компании. Однако он понимает сопротивление отрасли. «В этой отрасли каждый хочет быть первым, чтобы быть вторым при внедрении новых технологий.Процесс Фишера-Тропша по крайней мере доказан. Они знают, что это работает ». В отличие от этого, по его словам, подход Synfuels «не был доказан, потому что там нет крупных предприятий».

Объяснение природного газа — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое природный газ?

Природный газ — это ископаемый источник энергии, который образовался глубоко под поверхностью земли. Природный газ содержит множество различных соединений. Самый крупный компонент природного газа — это метан, соединение с одним атомом углерода и четырьмя атомами водорода (Ch5).Природный газ также содержит меньшие количества сжиженного природного газа (ШФЛУ, который также является сжиженным углеводородным газом) и неуглеводородных газов, таких как диоксид углерода и водяной пар. Мы используем природный газ в качестве топлива, а также для производства материалов и химикатов.

Как образовался природный газ?

От миллионов до сотен миллионов лет назад и за длительные периоды времени останки растений и животных (например, диатомовых водорослей) образовали толстые слои на поверхности земли и на дне океана, иногда смешанные с песком, илом и карбонатом кальция. .Со временем эти слои оказались погребенными под песком, илом и камнями. Давление и тепло превратили часть этого богатого углеродом и водородом материала в уголь, часть в нефть (нефть), а часть в природный газ.

Где находится природный газ?

В некоторых местах природный газ проникал в большие трещины и промежутки между слоями вышележащих пород. Природный газ, обнаруженный в этих типах пластов, иногда называют обычным природным газом .В других местах природный газ встречается в крошечных порах (пространствах) в некоторых формациях из сланца, песчаника и других типов осадочных пород. Этот природный газ называется сланцевым газом или плотным газом , а иногда его называют нетрадиционным природным газом . Природный газ также встречается с месторождениями сырой нефти, и этот природный газ называется попутный природный газ . Залежи природного газа находятся на суше, а некоторые находятся на шельфе и глубоко под дном океана.Тип природного газа, обнаруженного в угольных месторождениях, называется метаном угольных пластов .

Источник: адаптировано из информационного бюллетеня Геологической службы США 0113-01 (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Операторы готовят отверстие для зарядов взрывчатого вещества, используемых при сейсморазведке

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Как мы находим природный газ?

Поиск природного газа начинается с геологов, изучающих строение и процессы на Земле.Они определяют типы геологических формаций, которые могут содержать залежи природного газа.

Геологи часто используют сейсмические исследования на суше и в океане, чтобы найти подходящие места для бурения скважин на природный газ и нефть. Сейсмические исследования создают и измеряют сейсмические волны в земле, чтобы получить информацию о геологии горных пород. Для сейсморазведки на суше может использоваться самосвал , который имеет вибрирующую подушку, которая ударяет по земле для создания сейсмических волн в подстилающей породе.Иногда используются небольшие количества взрывчатки. Сейсмические исследования, проводимые в океане, используют взрывы звука, которые создают звуковые волны, чтобы исследовать геологию под дном океана.

Если результаты сейсморазведки показывают, что на участке есть потенциал для добычи природного газа, пробурена и испытана разведочная скважина. Результаты теста предоставляют информацию о качестве и количестве природного газа, доступного в ресурсе.

Бурение скважин на природный газ и добыча природного газа

Если результаты испытательной скважины показывают, что в геологической формации достаточно природного газа для добычи и получения прибыли, пробурены одна или несколько эксплуатационных (или эксплуатационных) скважин.Скважины природного газа могут быть пробурены вертикально и горизонтально в пластах, содержащих природный газ. В традиционных месторождениях природного газа природный газ обычно легко течет вверх через скважины на поверхность.

В Соединенных Штатах и ​​некоторых других странах природный газ добывается из сланцев и других типов осадочных пород путем вытеснения воды, химикатов и песка в скважину под высоким давлением. Этот процесс, называемый гидроразрывом или гидроразрывом , и иногда называемый нетрадиционной добычей, разрушает пласт, высвобождает природный газ из породы и позволяет природному газу течь к скважинам и подниматься на поверхность.В верхней части скважины на поверхности природный газ подается в сборные трубопроводы и направляется на заводы по переработке природного газа.

Поскольку природный газ не имеет цвета, запаха и вкуса, газовые компании добавляют меркаптан в природный газ, чтобы придать ему отчетливый и неприятный запах, чтобы помочь обнаружить утечки в трубопроводах природного газа. Меркаптан — безвредное химическое вещество, пахнущее тухлыми яйцами.

Переработка природного газа для продажи и потребления

Природный газ, забираемый из скважин природного газа или сырой нефти, называется влажным природным газом , потому что наряду с метаном он обычно содержит ШФЛУ — этан, пропан, бутаны и пентаны — и водяной пар.Устьевой природный газ может также содержать неуглеводороды, такие как сера, гелий, азот, сероводород и диоксид углерода, большая часть которых должна быть удалена из природного газа перед его продажей потребителям.

Из устья скважины природный газ направляется на перерабатывающие предприятия, где удаляются водяной пар и неуглеводородные соединения, а ШФЛУ отделяется от влажного газа и продается отдельно. Некоторое количество этана часто остается в обработанном природном газе. Отделенный ШФЛУ называется сжиженными газами завода по производству природного газа (NGPL), а переработанный природный газ называется сухим , потребительским или трубопроводным качеством природным газом.Часть устьевого природного газа достаточно сухая и без обработки удовлетворяет стандартам трубопроводной транспортировки. Химические вещества, называемые одорантами, добавляются в природный газ, чтобы можно было обнаружить утечки в газопроводах. Сухой природный газ по трубопроводам направляется в подземные хранилища или в распределительные компании, а затем потребителям.

В местах, где нет трубопроводов природного газа для отвода попутного природного газа, добытого из нефтяных скважин, природный газ может быть повторно закачан в нефтеносный пласт, либо его можно сбросить или сжечь (сжигать на факеле).Повторная закачка нерыночного природного газа может помочь поддерживать давление в нефтяных скважинах для увеличения добычи нефти.

Метан из угольных пластов может быть извлечен из угольных месторождений до или во время добычи угля, и его можно добавлять в трубопроводы природного газа без какой-либо специальной обработки.

Большая часть природного газа, потребляемого в Соединенных Штатах, производится в Соединенных Штатах. Часть природного газа импортируется по трубопроводам из Канады и Мексики. Небольшое количество природного газа также импортируется в виде сжиженного природного газа.

Последнее обновление: 9 декабря 2020 г.

Одноэтапный прорыв из метана в жидкое топливо

Большой прорыв был сделан в области прямого преобразования метана и диоксида углерода в жидкое топливо и химические вещества. Исследователи утверждают, что новый процесс может помочь промышленности сократить выбросы парниковых газов при производстве жизненно важного химического сырья.

Исследователи из Ливерпульского университета разработали процесс плазменного синтеза для прямой одностадийной активации диоксида углерода и метана в более ценные жидкие топлива и химические вещества, такие как уксусная кислота, метанол, этанол и формальдегид.Их результаты были опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Преобразование диоксида углерода и метана в жидкое топливо и химические вещества с использованием одностадийных процессов, таких как катализ, оказалось серьезной проблемой, поскольку оба они являются инертными молекулами. Обычно для конверсии требуется высокотемпературный, энергоемкий процесс производства синтез-газа и обработка синтез-газа под высоким давлением для химического синтеза.

Одностадийное производство жидкого топлива учеными Ливерпульского университета при комнатной температуре было достигнуто с помощью уникального нетеплового плазменного реактора атмосферного давления с водяным электродом и низким энергопотреблением.

«Эти результаты ясно показывают, что нетепловая плазма предлагает многообещающее решение для преодоления термодинамического барьера для прямого преобразования Ch5 и CO2 в ряд стратегически важных платформенных химикатов и синтетического топлива в условиях окружающей среды», — сказал д-р Синь Ту. от факультета электротехники Ливерпульского университета. «Введение катализатора в плазмохимический процесс, известный как плазменный катализ, может регулировать селективность целевых химикатов.«

«Это крупная прорывная технология, которая имеет большой потенциал для радикальных изменений в будущей активации метана, преобразовании и утилизации CO2, а также в хранении химической энергии, что также имеет огромное значение для энергетики и химической промышленности и может помочь в решении проблемы проблемы глобального потепления и парникового эффекта ».

Согласно заявлению университета, системы плазменной резки обладают гибкостью, позволяющей увеличивать и уменьшать масштаб. Кроме того, высокая скорость реакции и быстрое достижение установившегося состояния в плазменном процессе позволяет быстро запускать и останавливать работу по сравнению с другими тепловыми процессами, значительно снижая общую стоимость и предлагая путь для плазменного процесса, работающего от возобновляемых источников энергии, чтобы действовать как эффективная локальная или распределенная система хранения химической энергии.

Этот процесс может также оказаться решением проблемы сжигания газа из нефтяных и газовых скважин путем преобразования сжигаемого метана в ценное жидкое топливо и химические вещества, которые можно легко хранить и транспортировать.

Новый метод преобразования метана в природном газе в метанол при комнатной температуре — ScienceDaily

Исследователи из Иллинойского университета в Чикаго обнаружили способ превращения метана в природном газе в жидкий метанол при комнатной температуре.

Это открытие, о котором сообщается в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , потенциально может обеспечить более чистый источник энергии для многих наших повседневных дел.

При сжигании природного газа — топлива, используемого для обогрева домов, приготовления пищи и выработки электроэнергии — образуется углекислый газ, мощный парниковый газ.

По данным Управления энергетической информации США, в 2019 году США потребили около 31 триллиона кубических футов природного газа, внося в атмосферу около 1,6 гигатонн углекислого газа.

Лучшим способом использования природного газа было бы преобразование его в метанол, жидкое топливо, которое горит более чисто и может использоваться для производства бензина и пластмасс.Но преобразование метана, содержащегося в природном газе, в метанол требует большого количества тепла и давления и генерирует значительное количество самого углекислого газа.

«Исследователи интересовались способами превращения метана в метанол при температуре окружающей среды, чтобы избежать тепла и давления, которые в настоящее время требуются в промышленных процессах для выполнения этого преобразования», — сказал Минеш Сингх, доцент кафедры химической инженерии в колледже UIC. Инженер и автор-корреспондент статьи.

Метанол также считается «топливом будущего», стимулирующим «экономию метанола», когда он заменяет ископаемое топливо при транспортировке, хранении энергии и в качестве основного материала-прекурсора для синтетических химикатов и других продуктов. Метанол в настоящее время используется в технологии топливных элементов, которые используются в некоторых городских автобусах и других транспортных средствах. По словам Сингха, его более низкий потенциал выбросов и более высокая объемная плотность энергии делают его привлекательной альтернативой ископаемому топливу.

«Помимо того, что метан является более экологически чистым топливом, он также может безопасно храниться в обычных контейнерах, в отличие от природного газа, который необходимо хранить под давлением и который намного дороже», — сказал Сингх.

Для разрыва углеводородных связей в газообразном метане требуется большое количество тепла и давления, что является первым шагом в производстве метанола. Но Сингх и аспирант UIC Адитья Праджапати определили материал катализатора, который помогает снизить энергию, необходимую для разрыва этих связей, чтобы реакция могла протекать при комнатной температуре.

«Нам удалось снизить температуру производственного процесса с более чем 200 градусов по Цельсию до комнатной температуры, которая составляет около 20 градусов по Цельсию», — сказал Праджапати.

Их катализатор состоит из титана и меди. Катализатор вместе с небольшим количеством электричества способствует разрыву углеводородных связей метана и образованию метанола. Этот процесс потребляет гораздо меньше энергии, чем традиционные методы, и, поскольку он не требует оборудования для производства высокого давления и тепла, его можно быстро и недорого наладить.

«Наш процесс не требует централизации», — сказал Сингх. «Его можно разместить в небольшом пространстве, размером с фургон, и он может быть портативным для распределенного использования природного газа и производства метанола».

Сингх и его коллеги подали предварительный патент на этот процесс и ожидают, что он сможет преобразовывать несколько литров метанола в день. Патент находится под управлением Управления технологий МСЖД.

Брианна Коллинз и Джейсон Гудпастер из Университета Миннесоты являются соавторами статьи.

История Источник:

Материалы предоставлены Иллинойским университетом в Чикаго . Оригинал написан Шэрон Пармет. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: основы природного газа

Подобно природному газу, полученному из ископаемого топлива, возобновляемый природный газ, который производится из разлагающихся органических материалов, должен быть сжат или сжижен для использования в качестве транспортного топлива.

Природный газ представляет собой газообразную смесь углеводородов без запаха, в основном состоящую из метана (Ch5). На его долю приходится около 30% энергии, используемой в Соединенных Штатах. Около 40% топлива идет на производство электроэнергии, а оставшаяся часть распределяется между бытовыми и коммерческими потребностями, такими как отопление и приготовление пищи, и промышленным использованием. Хотя природный газ является проверенным и надежным альтернативным топливом, которое долгое время использовалось для двигателей, работающих на природном газе, только около двух десятых процента используется в качестве топлива для транспортных средств.

Подавляющее большинство природного газа в Соединенных Штатах считается ископаемым топливом, потому что он производится из источников, образовавшихся за миллионы лет под действием тепла и давления на органические материалы. Альтернативно, возобновляемый природный газ (ГСЧ), также известный как биометан, представляет собой автомобильное топливо трубопроводного качества, получаемое из органических материалов, таких как отходы свалок и животноводства, путем анаэробного сбраживания. ГСЧ квалифицируется как передовое биотопливо в соответствии со Стандартом по возобновляемым видам топлива.

Поскольку ГСЧ химически идентичен обычному природному газу, полученному из ископаемого топлива, он может использовать существующую систему распределения природного газа и должен быть сжат или сжижен для использования в транспортных средствах.

КПГ и СПГ как альтернативные виды топлива для транспорта

В настоящее время в транспортных средствах используются два вида природного газа: сжатый природный газ (КПГ) и сжиженный природный газ (СПГ). Оба они производятся внутри страны, имеют относительно низкую цену и коммерчески доступны. Считающиеся альтернативными видами топлива в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года, КПГ и СПГ продаются в единицах эквивалента бензина или дизельного топлива в галлонах (GGE или DGE) в зависимости от содержания энергии в галлоне бензина или дизельного топлива.

Сжатый природный газ

CNG производится путем сжатия природного газа до менее 1% его объема при стандартном атмосферном давлении. Чтобы обеспечить достаточный запас хода, КПГ хранится на борту транспортного средства в сжатом газообразном состоянии под давлением до 3600 фунтов на квадратный дюйм.

CNG используется в легких, средних и тяжелых условиях. Автомобиль, работающий на СПГ, имеет примерно такую ​​же экономию топлива, как и обычный бензиновый автомобиль на основе GGE. Один ГПЭ равен примерно 5.66 фунтов СПГ.

Сжиженный природный газ

СПГ — это природный газ в жидкой форме. СПГ получают путем очистки природного газа и его переохлаждения до -260 ° F, чтобы превратить его в жидкость. Во время процесса, известного как сжижение, природный газ охлаждается ниже точки кипения, удаляя большую часть посторонних соединений, содержащихся в топливе. Остающийся природный газ — это в основном метан с небольшим количеством других углеводородов.

Из-за относительно высокой стоимости производства СПГ, а также из-за необходимости хранить его в дорогих криогенных резервуарах, широкое использование топлива в коммерческих целях было ограничено.СПГ необходимо хранить при низких температурах в двустенных емкостях высокого давления с вакуумной изоляцией. СПГ подходит для грузовиков, которым требуются более длинные пробеги, потому что жидкость более плотная, чем газ, и, следовательно, больше энергии может храниться в объеме. СПГ обычно используется в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности. Один ГПЭ равен примерно 1,5 галлонам СПГ.

Чтобы найти топливо, см. «Расположение заправочных станций природного газа».

Обзор парниковых газов | Агентство по охране окружающей среды США

На этой странице:

Всего U.S. Выбросы в 2019 году = 6,558 миллионов метрических тонн эквивалента CO2 (без учета земельного сектора). Сумма процентов может не составлять 100% из-за независимого округления.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Газы, удерживающие тепло в атмосфере, называются парниковыми газами. В этом разделе представлена ​​информация о выбросах и удалении основных парниковых газов в атмосферу и из нее. Для получения дополнительной информации о других факторах воздействия климата, таких как черный углерод, посетите страницу «Индикаторы изменения климата: воздействие на климат».

6,457 миллионов метрических тонн CO

₂ : Что это означает?

Объяснение единиц:

Миллион метрических тонн равен примерно 2,2 миллиардам фунтов или 1 триллиону граммов. Для сравнения: небольшой автомобиль, вероятно, будет весить чуть больше 1 метрической тонны. Таким образом, миллион метрических тонн примерно равен массе 1 миллиона небольших автомобилей!

В реестре США используются метрические единицы для согласованности и сопоставимости с другими странами. Для справки: метрическая тонна немного больше (примерно на 10%), чем U.С. «короткая» тонна.

Выбросы парниковых газов часто измеряются в эквиваленте двуокиси углерода (CO ₂ ). Чтобы преобразовать выбросы газа в эквивалент CO ₂ , его выбросы умножаются на потенциал глобального потепления (GWP) газа. ПГП учитывает тот факт, что многие газы более эффективно нагревают Землю, чем CO ₂ на единицу массы.

Значения GWP, отображаемые на веб-страницах по выбросам, отражают значения, используемые в реестре США, которые взяты из Четвертого оценочного отчета МГЭИК (AR4).Для дальнейшего обсуждения ПГП и оценки выбросов ПГ с использованием обновленных ПГП см. Приложение 6 Реестра США и обсуждение ПГП МГЭИК (PDF) (106 стр., 7,7 МБ).

• Двуокись углерода (CO ₂ ) : Двуокись углерода попадает в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива (угля, природного газа и нефти), твердых отходов, деревьев и других биологических материалов, а также в результате определенных химических реакций. (например, производство цемента). Углекислый газ удаляется из атмосферы (или «улавливается»), когда он поглощается растениями в рамках биологического цикла углерода.
• Метан (CH ₄ ) : Метан выделяется при добыче и транспортировке угля, природного газа и нефти. Выбросы метана также возникают в результате животноводства и других методов ведения сельского хозяйства, землепользования и разложения органических отходов на полигонах твердых бытовых отходов.
• Закись азота (N ₂ O) : Закись азота выделяется во время сельского хозяйства, землепользования, промышленной деятельности, сжигания ископаемого топлива и твердых отходов, а также при очистке сточных вод.
• Фторированные газы : Гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и трифторид азота являются синтетическими мощными парниковыми газами, которые выделяются в результате различных промышленных процессов. Фторированные газы иногда используются в качестве заменителей стратосферных озоноразрушающих веществ (например, хлорфторуглеродов, гидрохлорфторуглеродов и галонов). Эти газы обычно выбрасываются в меньших количествах, но поскольку они являются мощными парниковыми газами, их иногда называют газами с высоким потенциалом глобального потепления («газы с высоким ПГП»).

Воздействие каждого газа на изменение климата зависит от трех основных факторов:

Сколько находится в атмосфере?

Концентрация или изобилие — это количество определенного газа в воздухе. Более высокие выбросы парниковых газов приводят к более высоким концентрациям в атмосфере. Концентрации парниковых газов измеряются в частях на миллион, частях на миллиард и даже частях на триллион. Одна часть на миллион эквивалентна одной капле воды, растворенной примерно в 13 галлонах жидкости (примерно в топливном баке компактного автомобиля).Чтобы узнать больше о возрастающих концентрациях парниковых газов в атмосфере, посетите страницу «Индикаторы изменения климата: атмосферные концентрации парниковых газов».

Как долго они остаются в атмосфере?

Каждый из этих газов может оставаться в атмосфере в течение разного времени, от нескольких до тысяч лет. Все эти газы остаются в атмосфере достаточно долго, чтобы хорошо перемешаться, а это означает, что количество, измеряемое в атмосфере, примерно одинаково во всем мире, независимо от источника выбросов.

Насколько сильно они влияют на атмосферу?

Некоторые газы более эффективны, чем другие, согревая планету и «сгущают земное покрывало».

Для каждого парникового газа был рассчитан потенциал глобального потепления (ПГП), отражающий, как долго он в среднем остается в атмосфере и насколько сильно он поглощает энергию. Газы с более высоким ПГП поглощают больше энергии на фунт, чем газы с более низким ПГП, и, таким образом, вносят больший вклад в нагревание Земли.

Примечание. Все оценки выбросов взяты из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2019.

Выбросы углекислого газа

Двуокись углерода (CO ₂ ) является основным парниковым газом, выбрасываемым в результате деятельности человека. В 2019 году на CO ₂ приходилось около 80 процентов всех выбросов парниковых газов в США в результате деятельности человека. Углекислый газ естественным образом присутствует в атмосфере как часть углеродного цикла Земли (естественная циркуляция углерода в атмосфере, океанах, почве, растениях и животных).Деятельность человека изменяет углеродный цикл — как путем добавления в атмосферу большего количества CO ₂ , так и путем воздействия на способность естественных поглотителей, таких как леса и почвы, удалять и накапливать CO ₂ из атмосферы. В то время как выбросы CO ₂ происходят из различных естественных источников, выбросы, связанные с деятельностью человека, являются причиной увеличения выбросов в атмосферу после промышленной революции. ²

Примечание: все оценки выбросов из реестра U.S. Выбросы и сток парниковых газов: 1990–2019 гг. (Без земельного сектора).

Изображение большего размера для сохранения или печати

Основная деятельность человека, в результате которой выделяется CO ₂ , — это сжигание ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) для производства энергии и транспорта, хотя некоторые промышленные процессы и изменения в землепользовании также выделяют CO ₂ . Основные источники выбросов CO ₂ в США описаны ниже.

• Транспорт . Сжигание ископаемых видов топлива, таких как бензин и дизельное топливо, для перевозки людей и грузов было крупнейшим источником выбросов CO ₂ в 2019 году, что составляет около 35 процентов от общего количества U.S. CO ₂ выбросов и 28 процентов от общих выбросов парниковых газов в США. В эту категорию входят такие источники транспорта, как автомобильные и пассажирские транспортные средства, авиаперелеты, морские перевозки и железнодорожный транспорт.
• Электроэнергия . Электричество является важным источником энергии в Соединенных Штатах и ​​используется для питания домов, бизнеса и промышленности. В 2019 году сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии было вторым по величине источником выбросов CO ₂ в стране, что составляет около 31 процента от общего количества U.S. CO ₂ выбросов и 24 процента от общих выбросов парниковых газов в США. Типы ископаемого топлива, используемого для выработки электроэнергии, выделяют разное количество CO ₂ . Для производства определенного количества электроэнергии при сжигании угля будет выделяться больше CO ₂ , чем природного газа или нефти.
• Промышленность . Многие промышленные процессы выделяют CO ₂ в результате потребления ископаемого топлива. Некоторые процессы также производят выбросы CO ₂ в результате химических реакций, не связанных с горением, и примеры включают производство минеральных продуктов, таких как цемент, производство металлов, таких как железо и сталь, и производство химикатов.На сжигание ископаемого топлива в различных промышленных процессах приходилось около 16 процентов от общих выбросов CO ₂ в США и 13 процентов от общих выбросов парниковых газов в США в 2019 году. Многие промышленные процессы также используют электричество и, следовательно, косвенно приводят к выбросам CO ₂ от электричества. поколение.

Углекислый газ постоянно обменивается между атмосферой, океаном и поверхностью суши, поскольку он продуцируется и поглощается многими микроорганизмами, растениями и животными.Однако выбросы и удаление CO ₂ в результате этих естественных процессов имеют тенденцию к уравновешиванию, без антропогенного воздействия. С начала промышленной революции около 1750 года деятельность человека внесла существенный вклад в изменение климата, добавив в атмосферу CO ₂ и другие улавливающие тепло газы.

В Соединенных Штатах с 1990 года управление лесами и другими землями (например, пахотные земли, луга и т. Д.) Действовало как чистый сток CO ₂ , что означает, что больше CO ₂ удаляется из атмосфере и хранится в растениях и деревьях, чем выбрасывается.Это компенсация поглотителя углерода составляет около 12 процентов от общего объема выбросов в 2019 году и более подробно обсуждается в разделе «Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство».

Чтобы узнать больше о роли CO ₂ в потеплении атмосферы и его источниках, посетите страницу «Индикаторы изменения климата».

Выбросы и тенденции

Выбросы углекислого газа в США увеличились примерно на 3 процента в период с 1990 по 2019 год. Поскольку сжигание ископаемого топлива является крупнейшим источником выбросов парниковых газов в Соединенных Штатах, изменения в выбросах от сжигания ископаемого топлива исторически были доминирующим фактором. влияющие на общий U.Тенденции выбросов S. На изменения выбросов CO ₂ в результате сжигания ископаемого топлива влияют многие долгосрочные и краткосрочные факторы, включая рост населения, экономический рост, изменение цен на энергоносители, новые технологии, изменение поведения и сезонные температуры. В период с 1990 по 2019 год увеличение выбросов CO ₂ соответствовало увеличению использования энергии растущей экономикой и населением, включая общий рост выбросов в результате повышения спроса на поездки.

Примечание: все оценки выбросов из реестра U.S. Выбросы и стоки парниковых газов: 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Снижение выбросов углекислого газа

Самый эффективный способ сократить выбросы CO ₂ — снизить потребление ископаемого топлива. Многие стратегии сокращения выбросов CO ₂ от энергетики являются сквозными и применимы к домам, предприятиям, промышленности и транспорту.

EPA принимает разумные регулирующие меры для сокращения выбросов парниковых газов.

Примеры возможностей сокращения выбросов двуокиси углерода

Стратегия	Примеры сокращения выбросов
Энергоэффективность	Улучшение теплоизоляции зданий, использование более экономичных транспортных средств и использование более эффективных электроприборов — все это способы сократить потребление энергии и, следовательно, выбросы CO 2 .
Энергосбережение	Снижение личного потребления энергии за счет выключения света и электроники, когда они не используются, снижает потребность в электроэнергии. Сокращение пройденного расстояния в транспортных средствах снижает потребление бензина. Оба способа сократить выбросы CO 2 за счет экономии энергии. Узнайте больше о том, что вы можете делать дома, в школе, в офисе и в дороге, чтобы экономить энергию и сокращать выбросы углекислого газа.
Переключение топлива	Производство большего количества энергии из возобновляемых источников и использование топлива с более низким содержанием углерода являются способами сокращения выбросов углерода.
Улавливание и связывание углерода (CCS)	Улавливание и связывание диоксида углерода — это набор технологий, которые потенциально могут значительно снизить выбросы CO 2 от новых и существующих угольных и газовых электростанций, промышленных процессов и других стационарных источников CO 2 .Например, улавливание CO 2 из дымовых труб угольной электростанции до того, как он попадет в атмосферу, транспортировка CO 2 по трубопроводу и закачка CO 2 глубоко под землю в тщательно выбранные и подходящие геологические геологические условия. формация, такая как близлежащее заброшенное нефтяное месторождение, где она надежно хранится. Узнайте больше о CCS.
Изменения в землепользовании и практике управления земельными ресурсами	Узнайте больше о землепользовании, изменении землепользования и лесном хозяйстве.

¹ Атмосферный CO ₂ является частью глобального углеродного цикла, и поэтому его судьба является сложной функцией геохимических и биологических процессов. Часть избыточного углекислого газа будет быстро поглощаться (например, поверхностью океана), но часть останется в атмосфере в течение тысяч лет, отчасти из-за очень медленного процесса переноса углерода в океанические отложения.

² IPCC (2013).Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. [Stocker, T. F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С. К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1585 стр.

Выбросы метана

В 2019 году метан (CH ₄ ) составлял около 10 процентов всего U.S. Выбросы парниковых газов в результате деятельности человека. Деятельность человека с выбросом метана включает утечки из систем природного газа и разведение домашнего скота. Метан также выделяется из естественных источников, таких как естественные водно-болотные угодья. Кроме того, естественные процессы в почве и химические реакции в атмосфере помогают удалить из атмосферы CH ₄ . Время жизни метана в атмосфере намного короче, чем у углекислого газа (CO ₂ ), но CH ₄ более эффективно улавливает излучение, чем CO ₂ .Фунт за фунтом, сравнительное влияние CH ₄ в 25 раз больше, чем CO ₂ за 100-летний период. ¹

В глобальном масштабе 50-65 процентов общих выбросов CH ₄ приходится на деятельность человека. ^{2, 3} Метан выделяется в результате деятельности в сфере энергетики, промышленности, сельского хозяйства, землепользования и обращения с отходами, описанных ниже.

• Сельское хозяйство . Домашний скот, такой как крупный рогатый скот, свиньи, овцы и козы, вырабатывает CH ₄ как часть нормального процесса пищеварения.Кроме того, при хранении или обработке навоза в отстойниках или резервуарах для хранения образуется CH ₄ . Поскольку люди выращивают этих животных для еды и других продуктов, выбросы считаются связанными с деятельностью человека. Если объединить выбросы домашнего скота и навоза, сельскохозяйственный сектор является крупнейшим источником выбросов CH ₄ в Соединенных Штатах. Для получения дополнительной информации см. Главу «Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США» «Сельское хозяйство». Хотя это не показано и менее значимо, выбросы CH ₄ также происходят в результате землепользования и деятельности по управлению земельными ресурсами в секторе землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства (e.грамм. лесные и пастбищные пожары, разложение органических веществ на прибрежных заболоченных территориях и т. д.).
• Энергетика и промышленность . Системы природного газа и нефти являются вторым по величине источником выбросов CH ₄ в Соединенных Штатах. Метан — это основной компонент природного газа. Метан выбрасывается в атмосферу при добыче, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа, а также при производстве, переработке, транспортировке и хранении сырой нефти.Добыча угля также является источником выбросов CH ₄ . Для получения дополнительной информации см. Раздел «Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США» , посвященный системам природного газа и нефтяным системам.
• Домашние и деловые отходы . Метан образуется на свалках при разложении отходов и при очистке сточных вод. Свалки являются третьим по величине источником выбросов CH ₄ в США. Метан также образуется при очистке бытовых и промышленных сточных вод, при компостировании и анэробном сбраживании.Для получения дополнительной информации см. Главу «Реестр выбросов парниковых газов и сточных вод США Отходы».

Метан также выделяется из ряда природных источников. Природные водно-болотные угодья являются крупнейшим источником выбросов CH ₄ от бактерий, разлагающих органические материалы в отсутствие кислорода. Меньшие источники включают термиты, океаны, отложения, вулканы и лесные пожары.

Чтобы узнать больше о роли CH ₄ в потеплении атмосферы и его источниках, посетите страницу «Индикаторы изменения климата».

Выбросы и тенденции

Выбросы метана в Соединенных Штатах снизились на 15 процентов в период с 1990 по 2019 год. В течение этого периода выбросы увеличились из источников, связанных с сельскохозяйственной деятельностью, в то время как выбросы снизились из источников, связанных со свалками, добычей угля, а также из систем природного газа и нефти.

Примечание: все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США: 1990-2019 . В этих оценках используется потенциал глобального потепления для метана, равный 25, на основе требований к отчетности в соответствии с Рамочной конвенцией Организации Объединенных Наций об изменении климата.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Снижение выбросов метана

Есть несколько способов уменьшить выбросы CH ₄ . Некоторые примеры обсуждаются ниже. EPA имеет ряд добровольных программ по сокращению выбросов CH ₄ в дополнение к нормативным инициативам. EPA также поддерживает Глобальную инициативу по метану, международное партнерство, поощряющее глобальные стратегии сокращения выбросов метана.

Примеры возможностей сокращения выбросов метана

Источник выбросов	Как снизить выбросы
Промышленность	Модернизация оборудования, используемого для добычи, хранения и транспортировки нефти и природного газа, может уменьшить многие утечки, которые способствуют выбросам CH 4 . Метан угольных шахт также можно улавливать и использовать для получения энергии. Узнайте больше о программе EPA Natural Gas STAR и программе охвата метана из угольных пластов.
Сельское хозяйство	Метан от методов обращения с навозом можно уменьшить и улавливать путем изменения стратегии обращения с навозом. Кроме того, изменение практики кормления животных может снизить выбросы в результате кишечной ферментации. Узнайте больше об улучшенных методах обращения с навозом в программе EPA AgSTAR.
Домашние и деловые отходы	Поскольку выбросы CH 4 со свалочного газа являются основным источником выбросов CH 4 в Соединенных Штатах, меры контроля выбросов, которые улавливают выбросы CH 4 со свалок, являются эффективной стратегией сокращения.Узнайте больше об этих возможностях и программе EPA по распространению метана на свалках.

Список литературы

¹ МГЭИК (2007). Изменение климата 2007: основы физических наук . Вклад Рабочей группы I в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата . [С. Соломон, Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тиньор и Х. Л. Миллер (ред.)]. Издательство Кембриджского университета.Кембридж, Соединенное Королевство 996 стр.
² IPCC (2013). Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. [Stocker, T. F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С. К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1585 стр.
³ Глобальный углеродный проект (2019).

Выбросы оксида азота

В 2019 году на закись азота (N ₂ O) приходилось около 7 процентов всех выбросов парниковых газов в США в результате деятельности человека. Человеческая деятельность, такая как сельское хозяйство, сжигание топлива, удаление сточных вод и промышленные процессы, увеличивает количество N ₂ O в атмосфере. Закись азота также естественным образом присутствует в атмосфере как часть круговорота азота Земли и имеет множество природных источников. Молекулы закиси азота остаются в атмосфере в среднем 114 лет, прежде чем удаляются стоком или разрушаются в результате химических реакций.Воздействие 1 фунта N ₂ O на нагревание атмосферы почти в 300 раз превышает воздействие 1 фунта углекислого газа. ¹

Примечание: все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2019 гг. (Без учета земельного сектора).

Изображение большего размера для сохранения или печати

В глобальном масштабе около 40 процентов общих выбросов N ₂ O приходится на деятельность человека. ² Закись азота выбрасывается в результате деятельности сельского хозяйства, землепользования, транспорта, промышленности и других видов деятельности, описанных ниже.

• Сельское хозяйство . Закись азота может образовываться в результате различных мероприятий по управлению сельскохозяйственными почвами, таких как внесение синтетических и органических удобрений и другие методы земледелия, обработка навоза или сжигание сельскохозяйственных остатков. Обработка сельскохозяйственных земель является крупнейшим источником выбросов N ₂ O в Соединенных Штатах, составляя около 75 процентов от общих выбросов N ₂ O в США в 2019 году. Хотя это не показано и менее значимо, выбросы N ₂ O также происходят в результате землепользования и деятельности по управлению земельными ресурсами в секторе землепользования, изменений в землепользовании и лесного хозяйства (например,грамм. лесные пожары и пожары на пастбищах, внесение синтетических азотных удобрений в городские почвы (например, газоны, поля для гольфа) и лесные угодья и т. д.).
• Сжигание топлива. Закись азота выделяется при сжигании топлива. Количество N ₂ O, выделяемое при сжигании топлива, зависит от типа топлива и технологии сжигания, технического обслуживания и методов эксплуатации.
• Промышленность. Закись азота образуется как побочный продукт при производстве химикатов, таких как азотная кислота, которая используется для производства синтетических коммерческих удобрений, и при производстве адипиновой кислоты, которая используется для производства волокон, таких как нейлон, и других синтетических продуктов.
• Отходы. Закись азота также образуется при очистке бытовых сточных вод во время нитрификации и денитрификации присутствующего азота, обычно в форме мочевины, аммиака и белков.

Выбросы закиси азота происходят естественным образом из многих источников, связанных с круговоротом азота, который представляет собой естественную циркуляцию азота в атмосфере, среди растений, животных и микроорганизмов, обитающих в почве и воде. Азот принимает различные химические формы на протяжении всего азотного цикла, в том числе N ₂ O.Естественные выбросы N ₂ O происходят в основном от бактерий, расщепляющих азот в почвах и океанах. Закись азота удаляется из атмосферы, когда она поглощается определенными типами бактерий или разрушается ультрафиолетовым излучением или химическими реакциями.

Чтобы узнать больше об источниках N ₂ O и его роли в потеплении атмосферы, посетите страницу «Индикаторы изменения климата».

Выбросы и тенденции

Выбросы закиси азота в США в период с 1990 по 2019 год оставались относительно неизменными.Выбросы закиси азота от мобильных устройств сгорания снизились на 60 процентов с 1990 по 2019 год в результате введения стандартов контроля выбросов для дорожных транспортных средств. Выбросы закиси азота от сельскохозяйственных почв в этот период варьировались и были примерно на 9 процентов выше в 2019 году, чем в 1990 году, в основном за счет увеличения использования азотных удобрений.

Примечание. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Снижение выбросов оксида азота

Существует несколько способов снижения выбросов N ₂ O, которые обсуждаются ниже.

Примеры возможностей сокращения выбросов закиси азота

Источник выбросов	Примеры сокращения выбросов
Сельское хозяйство	На внесение азотных удобрений приходится большая часть выбросов N 2 O в Соединенных Штатах. Выбросы можно сократить за счет сокращения внесения азотных удобрений и более эффективного применения этих удобрений, 3 , а также путем изменения практики использования навоза на ферме.
Сгорание топлива	Закись азота является побочным продуктом сгорания топлива, поэтому снижение расхода топлива в автомобилях и вторичных источниках может снизить выбросы. Кроме того, внедрение технологий борьбы с загрязнением (например, каталитических нейтрализаторов для уменьшения количества загрязняющих веществ в выхлопных газах легковых автомобилей) также может снизить выбросы N 2 O.
Промышленность

Список литературы

¹ IPCC (2007) Изменение климата 2007: основы физических наук . Вклад Рабочей группы I в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата . [С. Соломон, Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тиньор и Х. Л. Миллер (ред.)]. Издательство Кембриджского университета. Кембридж, Соединенное Королевство 996 стр.
² IPCC (2013). Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. [Stocker, T.Ф., Цинь Д., Г.-К. Платтнер, М. Тиньор, С. К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П. М. Мидгли (ред.)]. Cambridge University Press, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 1585 стр.
³ EPA (2005). Потенциал снижения выбросов парниковых газов в лесном и сельском хозяйстве США . Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

Выбросы фторированных газов

В отличие от многих других парниковых газов, фторированные газы не имеют естественных источников и образуются только в результате деятельности человека.Они выбрасываются в атмосферу при их использовании в качестве заменителей озоноразрушающих веществ (например, в качестве хладагентов) и при различных промышленных процессах, таких как производство алюминия и полупроводников. Многие фторированные газы имеют очень высокий потенциал глобального потепления (ПГП) по сравнению с другими парниковыми газами, поэтому небольшие атмосферные концентрации могут иметь непропорционально большое влияние на глобальную температуру. Они также могут иметь долгую жизнь в атмосфере — в некоторых случаях — тысячи лет. Как и другие долгоживущие парниковые газы, большинство фторированных газов хорошо перемешано в атмосфере и после выброса распространяется по всему миру.Многие фторированные газы удаляются из атмосферы только тогда, когда они разрушаются солнечным светом в дальних верхних слоях атмосферы. В целом фторированные газы являются наиболее мощным и долговременным парниковым газом, выбрасываемым в результате деятельности человека.

Существует четыре основных категории фторированных газов: гидрофторуглероды (HFC), перфторуглероды (PFC), гексафторид серы (SF ₆ ) и трифторид азота (NF ₃ ). Ниже описаны крупнейшие источники выбросов фторсодержащих газов.

• Замена озоноразрушающих веществ. Гидрофторуглероды используются в качестве хладагентов, аэрозольных пропеллентов, пенообразователей, растворителей и антипиренов. Основным источником выбросов этих соединений является их использование в качестве хладагентов, например, в системах кондиционирования воздуха как в транспортных средствах, так и в зданиях. Эти химические вещества были разработаны для замены хлорфторуглеродов (CFC) и гидрохлорфторуглеродов (HCFC), поскольку они не разрушают стратосферный озоновый слой.Хлорфторуглероды и ГХФУ постепенно сокращаются в соответствии с международным соглашением, называемым Монреальским протоколом. ГФУ являются мощными парниковыми газами с высоким ПГП, и они выбрасываются в атмосферу во время производственных процессов, а также в результате утечек, обслуживания и утилизации оборудования, в котором они используются. Недавно разработанные гидрофторолефины (ГФО) представляют собой подмножество ГФУ и характеризуются коротким временем жизни в атмосфере и более низкими ПГП. HFO в настоящее время вводятся в качестве хладагентов, аэрозольных пропеллентов и пенообразователей.Закон об инновациях и производстве в США (AIM) 2020 года предписывает EPA решать проблемы ГФУ путем предоставления новых полномочий в трех основных областях: поэтапное сокращение производства и потребления перечисленных ГФУ в Соединенных Штатах на 85 процентов в течение следующих 15 лет, управление этими факторами. ГФУ и их заменители, а также способствуют переходу к технологиям следующего поколения, которые не зависят от ГФУ.
• Промышленность. Перфторуглероды производятся как побочный продукт при производстве алюминия и используются в производстве полупроводников.ПФУ обычно имеют длительный срок службы в атмосфере и ПГП около 10 000. Гексафторид серы используется при обработке магния и производстве полупроводников, а также в качестве индикаторного газа для обнаружения утечек. ГФУ-23 производится как побочный продукт производства ГХФУ-22 и используется в производстве полупроводников.
• Передача и распределение электроэнергии. Гексафторид серы используется в качестве изоляционного газа в оборудовании для передачи электроэнергии, включая автоматические выключатели. ПГП SF ₆ составляет 22 800, что делает его самым сильным парниковым газом, оцененным Межправительственной группой экспертов по изменению климата.

Чтобы узнать больше о роли фторированных газов в нагревании атмосферы и их источниках, посетите страницу «Выбросы фторированных парниковых газов».

Выбросы и тенденции

В целом выбросы фторсодержащих газов в США увеличились примерно на 86 процентов в период с 1990 по 2019 год. Это увеличение было вызвано 275-процентным увеличением выбросов гидрофторуглеродов (ГФУ) с 1990 года, поскольку они широко использовались в качестве заменителей. для озоноразрушающих веществ.Выбросы перфторуглеродов (ПФУ) и гексафторида серы (SF ₆ ) фактически снизились за это время благодаря усилиям по сокращению выбросов в промышленности по производству алюминия (ПФУ) и в сфере передачи и распределения электроэнергии (SF ₆ ).

Примечание. Все оценки выбросов из Реестра выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2019 гг.

Изображение большего размера для сохранения или печати

Снижение выбросов фторированных газов

Поскольку большинство фторированных газов имеют очень долгое время жизни в атмосфере, потребуется много лет, чтобы увидеть заметное снижение текущих концентраций.Однако существует ряд способов уменьшить выбросы фторсодержащих газов, описанных ниже.

Примеры возможностей восстановления фторированных газов

Источник выбросов	Примеры сокращения выбросов
Замена озоноразрушающих веществ в домах и на предприятиях	Хладагенты, используемые на предприятиях и в жилых домах, выделяют фторированные газы.Выбросы можно сократить за счет более эффективного обращения с этими газами и использования заменителей с более низким потенциалом глобального потепления и других технологических усовершенствований. Посетите сайт EPA по защите озонового слоя, чтобы узнать больше о возможностях сокращения выбросов в этом секторе.
Промышленность	Промышленные пользователи фторированных газов могут сократить выбросы за счет внедрения процессов рециркуляции и уничтожения фторированного газа, оптимизации производства для минимизации выбросов и замены этих газов альтернативными.EPA имеет следующие ресурсы для управления этими газами в промышленном секторе:
Передача и распределение электроэнергии	Гексафторид серы — это чрезвычайно мощный парниковый газ, который используется для нескольких целей при передаче электроэнергии по электросети. EPA работает с промышленностью над сокращением выбросов в рамках Партнерства по сокращению выбросов SF 6 для электроэнергетических систем, которое способствует обнаружению и ремонту утечек, использованию оборудования для рециркуляции и обучению сотрудников.
Транспорт	Гидрофторуглероды (ГФУ) выделяются в результате утечки хладагентов, используемых в системах кондиционирования воздуха транспортных средств. Утечку можно уменьшить за счет более совершенных компонентов системы и за счет использования альтернативных хладагентов с более низким потенциалом глобального потепления, чем те, которые используются в настоящее время. Стандарты EPA на легковые и тяжелые транспортные средства стимулировали производителей производить автомобили с более низким уровнем выбросов ГФУ.

Список литературы

¹ IPCC (2007) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. [С. Соломон, Д. Цинь, М. Мэннинг, З. Чен, М. Маркиз, К.Б. Аверит, М. Тиньор и Х. Л. Миллер (ред.)]. Издательство Кембриджского университета. Кембридж, Великобритания 996 с.