Продолжая серию постов про казахстанские научные разработки, хочу рассказать вам про технологию производства бензина и дизельного топлива из бурых углей.
Метод добычи топлива из углей, начали осуществлять еще в начале 20-го века. После изобретения процесса германскими исследователями Францем Фишером и Гансом Тропшом, работавшими в Институте кайзера Вильгельма в 1920-е, было сделано множество усовершенствований и исправлений, и название «Фишер-Тропш» сейчас применяется к большому количеству сходных процессов (Синтез Фишера – Тропша, Метод Фишера – Тропша, или Химия Фишера – Тропша).
Первая стадия процесса Фишера-Тропша состояла в получении синтез-газа из твердых углеводородов (обычно каменного угля):
Для этого сквозь слой раскаленного каменного угля продували перегретый водяной пар. Продуктом являлся так называемый «водяной газ» — смесь угарного газа (монооксид углерода) и свободного водорода. Далее процесс Фишера — Тропша описывается следующим химическим уравнением:
Смесь монооксида углерода (угарный газ) и водорода называется синтез-газ или сингаз, встречается термин «водяной газ». Получаемые углеводороды очищают для получения целевого продукта — синтетического бензина.
Углекислый газ и монооксид углерода образуются при частичном окислении угля и древесного топлива. Польза от этого процесса преимущественно в его роли в производстве жидких углеводородов или водорода из твёрдого сырья, такого как уголь или твёрдые углеродсодержащие отходы различных видов.
Процесс был изобретён в бедной нефтью, но богатой углём Германии для производства жидкого топлива. Он использовался Японией и Германией во время Второй мировой войны для производства альтернативного топлива. Годовое производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 баррелей в день ~ 6,5 миллионов тонн в 1944 году. Синтетическое топливо почти полностью покрывало потребности Германии в авиационном бензине. После войны, взятые в плен германские учёные, участвовали в операции «Скрепка», продолжая работать над синтетическими топливами в Бюро горной промышленности США.
В 1950 г был пущен завод в Браунсвилле (Техас) на 360 тыс. т/г. В 1955 г. южноафриканская компания Sasol построила собственное производство, существующее и развивающееся до сих пор. В СССР с 1952 работала установка мощностью около 50 тыс. т/г, использующая вывезенное из Германии оборудование. Сырьем служил сначала уголь донецкого бассейна, а затем природный газ. Все эти предприятия в значительной степени заимствовали опыт немецких химиков и инженеров, накопленный в 30-40-е годы.
В связи с бурным развитием в мире нефтедобычи (открытие обширных месторождений нефти в Аравии, Северном море, Нигерии и на Аляске) резко снизило интерес к синтезу Фишера – Тропша. Почти все существующие заводы были закрыты, единственное крупное производство сохранилось в ЮАР.
Ограниченное количество мировых запасов нефти возродил интерес ученых и промышленников к использованию альтернативного сырья, и здесь первое место, бесспорно, принадлежит углю. Мировые запасы угля огромны, они, по различным оценкам, более чем в 50 раз превосходят нефтяные ресурсы, и их может хватить на сотни лет. (Например, в Казахстане запасы, из существующих месторождений угля хватят на 300 лет). Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез-газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив.
Например, в США рассматривались проекты строительства 9 заводов по непрямому сжижению угля суммарной мощностью 90 – 250 тыс. баррелей в день. Китай планирует инвестировать 15 млрд долл. до 2015 гг. в строительство заводов по производству синтетического топлива из угля. Весь мир начал развивать технологии получения топлива из угля.
На данный момент, казахстанский «Институт химии угля и технологии». При поддержки Министерства образования РК и Всемирного Банка, ведет работу по совершенствованию технологий производства бензина и дизельного топлива из бурых углей Казахстана. Сразу хочется задать вопрос: «Зачем придумывать «велосипед», если можно купить технологию или пригласить зарубежных специалистов со своими технологиями?» Тут есть особая специфика: Синтез Фишера – Тропша – неизменен, а вот технологии зависят от месторождения угля и местным особенностям. Поэтому, зарубежные наработанные (старые и новые) технологии не будут работать в Казахстане, и их надо будет разрабатывать заново.
Уникальность технологий наших ученых:
- Разработана технология переработки углей Казахстана
- В Синтезе Фишера-Тропша впервые применена низкотемпературная плазма; приводящая к активации реагирующих частиц, увеличению скорости реакции и селективности.
- Возможность получения сплава металлов из зольной части переработанного угля, молекулярного водорода, а также углеродных нанотрубок.
На данный момент, создается автоматизированный опытно – экспериментальный комплекс на производство 0,8 тонн жидкого топлива на угольном месторождений «Сарыадыр».
Все оборудование спроектированы казахстанскими учеными и изготовлены совместно с Петропавловским заводом тяжелого машиностроения. Запуск опытного производства намечен на апрель 2015 года.
Институтом были проведены экономические расчеты, что из 1 тонны углей Майкубенского бассейна можно получить 0,223 тонны жидкого топлива, а стоимость 1(одного литра) жидкого топлива составит 23 цента (42 тенге).
Технологии переработки угля в жидкое топливо порождают множество вопросов со стороны экологов. Наиболее серьёзной является проблема выбросов углекислого газа. Наши ученые, учитывая данные проблемы, будут дорабатывать технологию, т.к. экологические нормы в мире растут с каждым годом и в будущем, «грязное» производство будет нерентабельным.
Надеюсь, что через пару лет Казахстан будет иметь собственную и работающую экологически чистую технологию по производству бензина и дизельного топлива из угля.