Синтетическое топливо: моторное, сжиженное, из угля
Синтетическим называют жидкое углеводородное топливо, изготавливаемое искусственными методами не из нефти. Оно предназначено для двигателей внутреннего сгорания. Базовым сырьём для изготовления являются как твёрдые вещества — каменные и бурые угли, нефтяные сланцы, битуминозные пески, древесные опилки, так и газообразное топливо.
Переход с традиционного топлива на синтетическое не требует внесения корректировок в двигатели автомобилей. Топливо, изготовленное из биомассы (опилок), загрязняет атмосферу на 90 % меньше, чем нефтяное.
Сегодня производство синтетических жидких топлив из твёрдых и газообразных аналогов ограничивается достаточно высокой ценой, превосходящей стоимость нефтяных видов топлива в два раза. Однако расчёты показывают, что создание масштабных комплексов такой переработки позволит существенно снизить себестоимость «синтетики» и сделать её вполне конкурентоспособной. Во многих странах мира ведутся разработки применительно к местным ресурсам, наиболее дешёвым в своих регионах.
Производство синтетического топлива имеет достаточно большую историю. В больших промышленных масштабах синтетическое топливо из угля производилось в двух странах — в Германии с 1939 по 1945 год и в Южной Африке после второй мировой войны. Германия ввиду огромного дефицита нефти построила несколько заводов, перерабатывающих двумя методами твёрдое топливо в жидкое синтетическое. В отдельные годы потребление «синтетики» в стране доходило до 50 % потребности.
Южно-Африканская республика вынуждена была развить подобное производство синтетического топлива при введении в отношении страны международных санкций. Компания Sasol Limited за короткое время освоила два процесса превращения — угля в жидкость и газа в жидкость. После завершения процесса получения синтетической жидкости, подобной нефти по составу, её перерабатывали в бензин и дизельное топливо.
Технология получения синтетического топлива
По классическим канонам синтетическое топливо получают в двухстадийном процессе:
- получение синтетической «нефти» технологиями полукоксования, термического растворения, деструктивной гидрогенизации и другими;
- переработка «нефти» в необходимые виды нефтепродуктов.
В синтезе топлива участвует смесь из окиси углерода СО и водорода Н2. Они образуются в процессах газификации угля или конверсии природного газа. При высоких значениях температуры и давления синтез приводит к образованию жидкости (гидрогенизации). Введение катализаторов из железа, никеля или молибдена существенно увеличивает скорость гидрогенизации. Далее жидкость перерабатывают с получением топлива.
Перспективы развития
Разработка технологий создания синтетических видов топлива инициируется следующими соображениями:
- запасы нефти действительно когда-то закончатся;
- странам без нефтересурсов синтетическое топливо помогает повышать как ВВП, так и степень независимости от импортных поставок;
- запасов твёрдого топлива на Земле во много раз больше, чем нефти, поэтому производимое из него синтетическое сжиженное топливо может стать в своё время реальной заменой нефтяному;
- вред, наносимый экологии синтетическим топливом, меньше по сравнению с нефтяным.
Для удешевления стоимости синтеза жидкого топлива из угля и газа необходимо упрощение ряда технологий, среди которых:
- повышение производительности генераторов, перерабатывающих уголь, сланцы, природный газ;
- разработка новых видов катализаторов для процесса синтеза метанола;
- снижение давления в технологии ожижения до приемлемых 100 атмосфер.
Одна из проблем производства: на изготовление одного литра синтетического моторного топлива требуется до 7 литров воды.
Наиболее перспективными для синтеза жидкого топлива считаются бурые угли. Они имеют небольшую теплотворную способность и высокую влажность, горят плохо, не пользуются большим спросом, стоят недорого, поэтому идеально подходят для процесса сжижения. Синтетическое топливо — это будущее топливной экономики.
Звоните по номеру +7 (812) 426-10-10. С нами удобно, доставка 24/7
Бензин из угля на Львовщине. Смогут ли арабы с китайцами превратить $5 млрд в топливо для Европы — DSnews.
uaЭкономика
Во Львовской области хотят построить завод по производству синтетического автомобильного топлива из угля. Идея интересная, но нереалистичная
05:46
Время прочтения
Львовский облсовет отчитался о большом инвестиционном проекте. Китай, Саудовская Аравия и Катар презентовали идею построить большой современный комплекс по производству моторного топлива. Изготовлять продукцию хотят на основе оригинальной технологии — из угля Львовско-Волынского каменноугольного бассейна.
По плану общие инвестиции в строительство завода по производству синтетического топлива из угля составляют $5 млрд, а производить хотят 2 млн т бензина в год.
Завод хотят построить на территории Белзкой громады — между городами Белз и Угнев, то есть в нескольких километрах от польской границы. Очевидно, инвестор видит выгоду не только в сырье, но и в транспортировке продукции, если речь пойдет о рынке Евросоюза. Однако пока что это только проект, реализация которого может занять много времени, а то и вовсе не состояться.
Проблема в технологии
Сжиженный уголь — это технология, которая разрабатывалась с начала ХХ в. Она позволяет использовать альтернативное топливо в условиях нехватки нефти. Заводы про производству синтетического топлива из угля работали в середине 1930-х в Германии — как известно, страна обладает незначительными запасами нефти. В 1945 г. эта деятельность была запрещена Потсдамской конференцией.
Дефицит нефти привел к производству сжиженного угля и в Южной Африке в 1950-х. Этот бизнес пользовался значительной популярностью, пребывая под государственной защитой во времена апартеида. Южная Африка продолжает производить жидкое топливо из угля и по сей день.
Три завода местной компании Sasol производят 160 тыс. баррелей в день топлива из угля, что обеспечивает 30% потребности страны в транспортном топливе.
С развитием технологий уголь стал не единственной альтернативой для производства синтетического топлива. Существуют проекты по его выработке даже из воды и углекислого газа. На данный момент говорить о производстве промышленных масштабов такого экологического топлива не приходится. В сентябре 2021 г. немецкие ученые и промышленники разработали систему, которая может производить бензин из метанола, получаемого из углекислого газа и водорода без использования ископаемых. Пилотная система производила 100 л топлива в час. В планах ученых выдавать 1 млн т к 2030 г. Такой бензин будет стоить 0,8-1,2 евро/л, что конкурентно даже по нынешним меркам.
Реклама на dsnews.ua
Есть и другие разработки. Недавно немецкая некоммерческая компания Atmosfair при содействии министерства окружающей среды ФРГ, компании Siemens и еще ряда других решила синтезировать сырую нефть из воды, а из нее уже производить авиационный керосин.
Объемы продукции поскромнее и она дороже — 8 баррелей керосина в сутки по цене 5 евро/л.
Однако это скорее проекты на будущее, подкрепленные политическим трендом на экологичность. С углем тут сложнее. Технологически процесс выглядит как газификация угля, который сжижают до эквивалента топлива. Проблема в том, что сжиженный уголь выделяет в два раза больше CO2, чем сжигание нефти, и большое количество SO2 (оксид серы). Однако выбросы углекислого газа легче и дешевле улавливаются на специальных установках. Таким образом, есть техническая возможность производить топливо, которое не будет попадать под ограничения в рамках Европейского зеленого курса, но для это потребуются значительные капиталовложения, чтобы выдержать технологию. Однако без упомянутых выше установок при производстве такого бензина углеродный след может быть минимум на 150-175% больше, чем у обычного бензина из нефти.
Работа на жидком угле на 30% чище, чем на бензине, но критики технологии утверждают, что из-за высоких затрат и рисков для окружающей среды (при производстве), использование жидкого угля возможно в долгосрочной перспективе при государственной поддержке только в тех странах, где это необходимо.
Была информация о том, что заводы по производству такого топлива строятся в Индии, Китае, угольных штатах США, но технология требует огромных инвестиций, потому что фактически нужно строить новую инфраструктуру. Эти средства исчисляются сотнями миллиардов долларов, которые в кризисные времена сложно найти. Поэтому производство синтетического топлива из угля может реализовываться только локально.
«Готовы начинать работы хоть завтра»
Имена людей, которые презентовали проект во Львове, опубликовал на своей странице в Facebook заместитель главы комиссии Львовского облсовета по вопросам ЖКХ и топливно-энергетического комплекса Тарас Подвирный — это руководящий директор компании Gulf Petroleum LTD (Катар, компания отвечает за организацию финансирования проекта) Абдул Азиз Аль-Делаими и руководящий директор компании China National Chemical Engineering & Constraction Corporation SEVEN., LTD (Саудовская Аравия, генеральный подрядчик проекта) Ченг Вэй.
По словам Подвирного, представители инвесторов изучают возможности для такого проекта в Украине с 2018 г.
и нашли источник сырья — шахта «Тягловская» около Угнева и Белза, где сформирована объединенная громада. По мнению депутата, инвесторы нацелены на экспорт продукции в Европу.
«Они готовы привлечь деньги от частного капитала, и государственных банков под внедрение этого проекта на границе с Польшей. Я так понимаю, что 2 млн т производства бензина, которые они декларируют, — это с перспективой на экспорт. Поэтому им и интересна территория на границе с Польшей», — говорит Подвирный.
По его словам, инвесторы хотят создать современный экологически чистый завод с социальной инфраструктурой. Идея принадлежит Катару, подрядчики будут из Китая, финансирование в складчину тремя странами. Однако проблема в бюрократии. «У нас законодательство так прописано, что на изготовление технико-экономического обоснования нужно 18 месяцев. Инвесторы не понимают, как можно ждать документы полтора года. У них уже есть ресурсы, они готовы начинать работы хоть завтра», — отметил Подвирный.
Почем синтетика?
Но проект вызывает очень много вопросов.
Декларируются огромные инвестиции в $5 млрд — здесь самое время выписывать инвестиционную няню и вести переговоры с правительством, но этого не наблюдается.
Непонятно, хватит ли украинского угля, если для производства двух баррелей сжиженного угля нужна тонна ископаемых, или он все-таки будет импортироваться и интерес только в расположении завода. Тем более что Украина собралась отказываться от добычи угля в обозримом будущем. Есть у экспертов сомнения также в отношении экологичности производства.
«По сути, просто идет прощупывание почвы, насколько мы готовы согласиться развернуть у себя не вполне понятное экологически производство, чтобы увеличить объемы выпуска углеводородов», — отмечает глава НТЦ «Психея» Сергей Сапегин.
Также на данный момент неясно, насколько это топливо будет конкурентоспособно по цене, которую никто не берется назвать. 2 млн т бензина может быть много для Украины с потреблением в 2,2 млн т бензина и 7-8 млн т дизельного топлива в год.
Но для Европы с годовым потреблением бензина более 100 млн т в год это могут быть не очень существенные объемы.
«Сегодня недостатка поставок углеводородного топлива нет ни в Украине, ни в Европе — говорит Леонид Косянчук. — Для чего городить этот огород, непонятно. Сейчас ориентируются на альтернативные источники — на электромобили, гибриды, водородные и так далее. Понятно, что на машине можно ездить и на древесных чурках. Если это двигатель внутреннего сгорания, то сегодня к ним применяются достаточно жесткие требования по Евро-5, выбросам, октану и так далее. И куда мы премся со своим синтетическим топливом?»
Эксперты допускают, что синтетика может быть конкурентна на украинском рынке, но в том случае, если не будет расти цена на сырье и производство.
«Потребитель всегда ищет возможность сэкономить на топливе. Если ему будет предложена ценовая альтернатива в виде такого топлива, я думаю, он согласится», — говорит Сергей Сапегин.
Более важные задачи
Глава «Консалтинговой группы А-95» Сергей Куюн считает, что украинскому производителю бензина не стоит нервничать по поводу идеи строительства завода во Львовской области: «Поверьте, что никто не обратил даже на это внимания.
Это космические корабли, которые бороздят просторы большого театра. Никому неизвестная компания во львовских дебрях что-то будет строить… Это смешно», — говорит эксперт.
О чем следовало бы реально подумать, так это о производстве собственного бензина. Особенно в условии зависимости от импорта. Тот же Кременчугский НПЗ загружен менее чем на половину мощностей. А, например, Беларусь с 7 февраля запрещает транзит литовских нефтепродуктов через свою территорию в Украину, а это около 10% украинского рынка. Такие случаи можно было подстраховать.
«Для рынка это 700 тыс. т дизеля и 300 тыс. т бензина из Литвы в год — есть над чем думать. Но импортеры относятся к этому достаточно прохладно, потому что эти недостающие объемы будут замещены белорусскими, которые не хуже и дешевле, чем литовские», — отмечает Леонид Косянчук.
«Нам необходимо поднимать внутреннее производство топлива, — говорит Сергей Куюн. — Нужна разумная поддержка, чтобы стимулировать заводы, больше перерабатывать нефти — снижать портовые тарифы, снижать тарифы на транспортировку, возможно, сделать приоритетными закупки госкомпаний, чтобы они покупали именно украинское топливо.
Но нет даже намека, чтобы это кто-то делал».
В целом инициатива с постройкой завода по производству синтетического топлива в Украине выглядит странно. Многие производители автомобилей пытаются тестировать технологию производства бензина из других ресурсов, кроме нефти, но признают, что она будет затребована не ранее чем через десятилетие, и сосредотачивают разработки на двигателях на электрической тяге и гибридах. Возможно, к тому времени и в Украине реализуется идея с таким заводом.
«Если это и произойдет, то едва ли в текущее десятилетие», — говорит Леонид Косянчук.
«Не раньше чем через три года, а реально через пять лет, мы бы получили такой завод, — отмечает Сергей Сапегин. — Это дороги, инфраструктура, хранение, утилизация, экологические вопросы. Что будет с рынком через 5 лет? Мы можем не учесть какие-то риски, которые приведут к тому, что завод не запустится».
Синтетическое топливо может полностью устранить потребность США в сырой нефти, создать «новую экономику»
Соединенные Штаты могут устранить потребность в сырой нефти, используя комбинацию угля, природного газа и непродовольственных культур для производства Принстонские исследователи обнаружили.
Помимо экономических преимуществ и выгод для национальной безопасности, план имеет потенциальные экологические преимущества. Исследователи заявили, что поскольку растения поглощают углекислый газ для роста, Соединенные Штаты могут сократить выбросы парниковых газов от транспортных средств на целых 50 процентов в течение следующих нескольких десятилетий, используя непищевые культуры для создания жидкого топлива.
Синтетическое топливо легко подходит для транспортных систем, поскольку его можно использовать непосредственно в автомобильных двигателях, и оно почти идентично топливу, получаемому из сырой нефти. Это отличает их от доступного в настоящее время биотоплива, такого как этанол, который необходимо смешивать с газом или для которого требуются специальные двигатели.
Профессор Христодулос Флудас (в центре) вместе с аспиранткой Жозефиной Элиа и Ричардом Балибаном, получившими докторскую степень. из Принстона в 2012 году разработал комплексную систему оптимизации производства синтетического жидкого топлива в качестве экономичной замены топлива на основе нефти.
(Фото Фрэнка Войцеховски)
В серии научных статей за последний год группа под руководством Христодулоса Флудаса, профессора химической и биологической инженерии в Принстоне, оценила сценарии, в которых Соединенные Штаты могли бы использовать для своих транспортных средств синтетическое топливо, а не нефть. Команда Флудаса также проанализировала влияние, которое заводы по производству синтетического топлива могут оказать на местные районы, и определила места, которые не будут перегружать региональные электрические сети или водоснабжение.
«Цель состоит в том, чтобы произвести достаточное количество топлива, а также сократить выбросы CO2 или его эквивалента на 50 процентов», — сказал Флудас, профессор инженерных и прикладных наук Стивена С. Макалира в 1963 году. «Вопрос заключался не только в том, можно ли это сделать, но и в том, можно ли это сделать экономически привлекательным способом. Ответ утвердительный в обоих случаях».
Сделать это будет нелегко и не быстро, сказал Флудас.
Реалистичный подход потребует постепенного внедрения технологии синтетического топлива, и, по оценке Флудаса, Соединенным Штатам потребуется от 30 до 40 лет, чтобы полностью перейти на синтетическое топливо. Это тоже будет недешево. Он оценивает стоимость всей системы примерно в 1,1 триллиона долларов.
Исследование составляет важную часть официального документа, недавно выпущенного Американским институтом инженеров-химиков (AIChE), крупнейшей национальной ассоциацией инженеров-химиков. В документе инженеры-химики призывают к большей интеграции источников энергии и призывают политиков рассматривать процессы химической конверсии как потенциальный метод производства более чистого и дешевого топлива.
«Сейчас мы идем по очень многим энергетическим путям», — сказала Джун Виспелвей, директор института и 1981 Выпускник Принстона. «Есть способы сделать систему более интегрированной и более эффективной».
Статья написана Верном Уикманом, одним из соавторов Флудаса. Уикман, лектор в Принстоне, бывший директор Mobil Central Research Laboratories и бывший президент AIChE.
Уикмен сказал, что основной причиной того, что промышленность не использует синтетическое топливо, была его стоимость. Хотя он сказал, что экономика «все еще находится на грани», Уикмен отметил, что рост цен на сырую нефть и повышение эффективности производства синтетического топлива сделали этот процесс гораздо более жизнеспособным, чем раньше.
«Основная причина, по которой мы написали этот документ, заключалась в том, чтобы заставить планирующие органы — национальные академии, Министерство энергетики, Агентство по охране окружающей среды, Министерство обороны — подумать об этом», — сказал Уикман. Он добавил, что важно, чтобы агентства учитывали «это ключевое звено использования химических процессов для производства обычного топлива».
В Принстонском исследовании команда Флудаса обнаружила, что заводы по производству синтетического топлива могут производить бензин, дизельное топливо и авиационное топливо по конкурентоспособным ценам, в зависимости от цены на сырую нефть и типа сырья, используемого для производства синтетического топлива.
По данным Федерального управления энергетической информации (EIA), около двух третей сырой нефти, потребляемой Соединенными Штатами, используется в качестве транспортного топлива. По данным EIA, Соединенные Штаты импортируют около 45 процентов своего годового потребления сырой нефти.
«Даже с учетом капитальных затрат синтетическое топливо все еще может быть прибыльным», — сказал Ричард Балибан, аспирант в области химической и биологической инженерии, который закончил учебу в 2012 году и был ведущим автором нескольких статей группы. «Пока сырая нефть стоит от 60 до 100 долларов за баррель, эти процессы конкурентоспособны в зависимости от исходного сырья», — сказал он.
В основе плана лежит технология, использующая тепло и химию для создания бензина и другого жидкого топлива из высокоуглеродистого сырья, начиная от угля и заканчивая просом, родной североамериканской травой, распространенной на Великих равнинах. Метод, названный процессом Фишера-Тропша, был разработан в Германии в 19 веке.
20-х годов как способ преобразования угля в жидкое топливо.
Химия сложна, но она в основном извлекает углерод и водород из исходного сырья и собирает их в сложные цепи, составляющие топливо, такое как бензин и дизельное топливо. По сути, исходный материал нагревается до 1000–1300 градусов Цельсия и превращается в газ, а с помощью процесса Фишера-Тропша газ превращается в цепочки молекул углеводорода. Эти углеводородные цепи затем обрабатываются катализаторами, такими как никель или железо. Конечными продуктами являются топливо, парафины и смазочные материалы, обычно изготавливаемые из сырой нефти.
Метод команды из Принстона добавляет шаг по повторному использованию CO2 в процессе, чтобы уменьшить количество газа, выбрасываемого растениями. Балибан сказал, что существует предел того, сколько CO2 может быть экономично переработано, хотя заводы также могут улавливать неиспользованные выбросы CO2 для последующего хранения.
За прошедшие годы инженеры усовершенствовали оригинальный метод Фишера-Тропша для повышения эффективности.
Но высокая стоимость строительства новых заводов по производству синтетического топлива в сочетании с низкой ценой на сырую нефть сделали синтетическое топливо слишком дорогим для широкого распространения.
Однако по мере роста цен на нефть синтетическое топливо стало более практичным. Правительство США предприняло ряд проектов, чтобы изучить этот процесс; в частности, министерство обороны изучало синтетическое топливо как способ снабжения транспортных средств топливом, не зависящим от зарубежных поставщиков.
В своей работе команда Принстона смотрела на более широкую картину. В июльской статье в AIChE Journal команда обнаружила, что Соединенные Штаты могут удовлетворить весь свой спрос на транспортное топливо, построив 130 заводов по производству синтетического топлива по всей стране. В статье, под руководством Жозефины Элии, аспиранта кафедры химической и биологической инженерии в качестве ведущего автора, была проведена оценка с использованием трех видов сырья: угля, природного газа и биомассы.
Чтобы избежать переключения сельскохозяйственных угодий с производства продуктов питания на сельскохозяйственные культуры, используемые для производства топлива, что нанесло бы ущерб снабжению продовольствием, исследователи включили только несъедобные культуры, такие как многолетние травы, сельскохозяйственные и лесные отходы.
Заводы, смоделированные в их сценарии, были размещены в непосредственной близости как к источникам сырья, так и к рынкам топлива. В анализе учитывались внешние затраты, такие как водоснабжение и электроэнергия для питания оборудования завода.
В итоге команда рекомендовала строительство девяти малых, 74 средних и 47 крупных заводов, производящих 1 процент, 28 процентов и 71 процент топлива соответственно. Большинство заводов будет сосредоточено в центральной части страны и на юго-востоке. Штатом с самым высоким уровнем производства топлива будет Канзас, в котором будет 11 крупных заводов по производству синтетического топлива. В Техасе будет наибольшее количество заводов, но из-за разбросанности сырья в этом штате большинство этих заводов будут среднего размера.
Исследователи обнаружили, что наибольший вклад в цену синтетического топлива вносят затраты на строительство заводов, за которыми следует покупка биомассы, а затем электроэнергии. По их оценкам, средняя общенациональная стоимость производства синтетического эквивалента барреля сырой нефти составит 95,11 доллара, хотя стоимость варьируется в зависимости от региона. Стоимость в Канзасе, где будет происходить большая часть добычи, составит в среднем 83,58 доллара за эквивалент барреля сырой нефти.
Затраты могли бы быть намного ниже, если бы заводы отказались от биомассы и использовали только уголь и природный газ для запуска процесса, сказал Флудас, но это свело бы на нет большую часть экологических преимуществ.
«Если вы хотите сократить выбросы на 50 процентов, вам нужна биомасса», — сказал он.
Во многих отношениях синтетическое топливо чище нефтяного топлива. Загрязняющие примеси тяжелых металлов и серы в нефтяном топливе могут быть уловлены на заводах по производству синтетических материалов до того, как топливо будет отгружено.
Синтетическое топливо также можно использовать в бензиновых и дизельных двигателях без необходимости модификаций, в отличие от многих видов биотоплива. Биотопливный этанол, например, обычно смешивают с бензином, но высокие уровни этанола требуют модификации автомобильных двигателей и создают особые проблемы для запуска при низких температурах.
Флудас сказал, что синтетическое топливо также позволит сократить выбросы углерода в парке автомобилей, находящихся в настоящее время на дорогах. Даже если страна немедленно перейдет на электромобили или автомобили на топливных элементах с нулевым уровнем выбросов, миллионы автомобилей с двигателем внутреннего сгорания все равно будут ездить. По его словам, перейдя на синтетическое топливо, страна получит возможность сократить эти выбросы, даже если они не будут полностью устранены.
«Это возможность создать новую экономику», сказал Флудас. «Объем нефти, импортируемой США, очень высок. Какова ее цена? Какие еще ресурсы у нас есть? И что мы можем с этим поделать?»
7.
2. Водород и синтетический природный газ из угляПроизводство газообразного топлива из угля или источников углеродсодержащего топлива включает не только водород (H 2 ), но и синтетический природный газ (SNG). SNG эквивалентен природному газу, который в основном представляет собой метан, и может заменить его во всех тех же применениях природного газа.
Рынок
Производство водорода уже является крупной отраслью, причем большая часть произведенного H 2 используется на нефтеперерабатывающих заводах для гидрокрекинга, в котором H 2 вступает в реакцию с тяжелыми нефтепродуктами с образованием более легких и пригодных для использования углеводородов, а также при производстве аммиака (для использования в качестве удобрения). В 2004 году во всем мире было произведено 50 миллионов метрических тонн H 2 . В последние годы только Соединенные Штаты производят и потребляют около 11 миллионов метрических тонн.
95% производства в США производилось на месте использования. В Соединенных Штатах в 2006 году 65% H 2 было использовано нефтеперерабатывающими заводами, 21% — для синтеза аммиака, а оставшаяся часть — для метанола и других промышленных применений. По всему миру, H 
SNG имеет большой потенциальный рынок: практически любое приложение, которое в настоящее время использует природный газ, может использовать SNG. В частности, газификацию можно использовать на месте для промышленных применений для производства SNG (и электроэнергии, если необходимо), что позволяет продолжать работу оборудования, работающего на природном газе, но из угольного источника. Управление энергетической информации Министерства энергетики (DOE/EIA) сообщает в Ежегодном энергетическом прогнозе за 2012 год, что в 2010 году промышленное использование природного газа в Соединенных Штатах составляло около 27 % от общего внутреннего потребления, что составляет значительную долю от общего потребления природного газа. В исследовании NETL 2007 года [ZIP] рассматривалась возможность установки газогенераторов на промышленных объектах для производства SNG и было обнаружено, что многие промышленные объекты могут выиграть от использования относительно небольших систем газификаторов для производства SNG, электроэнергии, H 
Например, интересным случаем для рассмотрения в этом контексте является стекольная промышленность. В настоящее время стекольная промышленность сильно зависит от надежных поставок природного газа в качестве топлива для создания температур процесса, достаточно высоких для плавления стекла. Это вынуждает их платить высокие надбавки коммунальным компаниям, чтобы обеспечить бесперебойную поставку природного газа. Альтернативой может быть использование газификации для преобразования угля или какого-либо другого топлива в производство СПГ. Более стабильная цена на уголь может снизить затраты на топливо для электростанции, если цены на природный газ поднимутся до определенного уровня. Производство SNG также позволит продолжить использование оборудования, предназначенного для работы на природном газе. Подробнее об экономических аспектах этого применения газификации см. в документе «Потенциальное применение топливных газов, полученных из угля, в стекольной промышленности: предварительный анализ» [PDF].
Преимущества
Уголь в изобилии внутри страны, с текущими оценками, предсказывающими потребление более двух столетий при нынешних темпах. SNG может заменить природный газ, более дефицитный и более изменчивый товар, чем уголь. Таким образом, газификация в SNG помогает увеличить разнообразие видов топлива, защищая от чрезмерной зависимости от одного источника энергии. Поскольку используемый SNG идентичен природному газу, можно использовать существующую газовую инфраструктуру.
Когда технология топливных элементов созреет для транспорта или электричества, те же самые преимущества разнообразия топлива будут применимы к газификации угля в H 2 . Транспортная система на основе водорода будет чрезвычайно чистой, поскольку большая часть выбросов будет связана с производством самого водорода.
Фактическое производство электроэнергии с использованием водородных топливных элементов производит только воду в качестве побочного продукта. Газификация может обеспечить чистое производство H 2 , с использованием улавливания вредных выбросов перед сжиганием.
Кроме того, производство SNG и H 2 хорошо подходит для когенерации в рамках установки с комбинированным циклом интегрированной газификации (IGCC) или других применений синтез-газа. Газификационные установки могут отводить синтез-газ от турбин, вырабатывающих электроэнергию, в непиковые периоды для производства SNG или H 2 . Например, завод Great Plains Synfuels отводит часть синтез-газа от производства SNG для производства аммиака в периоды, когда на удобрения есть большой спрос.
Точно так же нефтеперерабатывающие заводы могут извлечь выгоду из газификации различных малоценных видов топлива (остатки нефтеперерабатывающих заводов, биомасса или твердые отходы, возможно, с добавлением угля) для производства различных продуктов, необходимых для работы завода.
Как отмечалось выше, водород в больших количествах используется для гидрокрекинга тяжелых углеводородов и других агрегатных операций нефтепереработки. Электроэнергия, вырабатываемая системой газификации, может компенсировать коммунальные расходы нефтеперерабатывающего завода. И, наконец, избыточный пар, вырабатываемый системой, может использоваться на всей установке в многоблочных операциях, требующих технологического пара.
Проблемы
В исследовании NETL 2007 года потенциальные промышленные потребители газификации угля в СПГ для использования на месте в приложениях с природным газом указали, что надежность (и, следовательно, доступность) важна и должна быть около 100 %. повышенная производительность или избыточность. Некоторые приложения также могут сжигать нефть, что позволяет хранить резервное топливо на месте. Доступность по-прежнему является проблемой для газификации, хотя некоторые сайты достигли очень высокой доступности. Например, завод Great Plains Synfuels постоянно производил 9от 0 до 92% от номинальной выходной мощности.
Производство СПГ из угля дороже природного газа, который он заменит 2
. По этой причине вышеупомянутое исследование NETL 2007 года сосредоточено на местах и приложениях, где газификатор может быть интегрирован в промышленный процесс, использующий природный газ. Это поможет экономике и позволит объекту защититься от колебаний цен на природный газ. Кроме того, наиболее вероятные приложения будут иметь хорошо развитую инфраструктуру транспортировки угля, связанную с доступом как к обильным, так и относительно недорогим углям. Еще одна проблема газификации из угля в H 2 или SNG связана с транспортировкой газообразного топлива, что может быть затруднено из-за низкой плотности газов. SNG должен быть охлажден, а затем сжат для транспортировки по трубопроводной инфраструктуре близкой к пропускной способности. Кроме того, трубопроводы ограничены географическими особенностями, такими как, например, океаны. В противном случае он может быть сжижен (называемый сжиженным природным газом или СПГ) для перевозки кораблями или автоцистернами.
Водород еще труднее транспортировать. На самом деле, даже сжиженный H 2 в четыре раза менее плотный, чем жидкий бензин, и только для достижения жидкого состояния его необходимо криогенно охладить и сильно сжать. Текущие испытательные автомобили, работающие на водороде, хранят сжатый водород под давлением 700 бар (более 10 000 фунтов на квадратный дюйм; почти в 700 раз больше атмосферного давления). Транспортировка H 2 по трубопроводам также затруднена из-за его низкой плотности и высокой воспламеняемости. Поиск способа экономичного хранения и транспортировки водорода является серьезной проблемой при развертывании H 2 9.0064 в качестве газообразного топлива.
Более общие проблемы газификации обсуждаются во Введении в газификацию.
Ссылки/дополнительная литература
|
1. Только Китай обладает 1/3 мировых мощностей по производству аммиака, что требует больших мощностей по производству водорода.
2. В 2005 и 2008 годах, когда цены на природный газ в Хенри-Хаб часто превышали 7 долл./млн БТЕ и достигали максимума в диапазоне 10-15 долл., СПГ имел ценовое преимущество по сравнению с природным газом, о чем свидетельствует интерес к разработке нового СПГ в то время.