Синтетическое топливо из углей

Большое значение имеет создание промышленной техноло­гии получения синтетических жидких топлив на базе огромных запасов бурых и каменных углей, в состав которых входят орга­нические и минеральные компоненты. Перечень и вещественное содержание этих компонентов предопределяет выбор направле­ний использования и методов комплексной переработки углей. Существенное влияние на дальнейшее расширение глубокой пе­реработки углей оказывает технический прогресс, представля­ющий собой непрерывное развитие и совершенствование орудий труда и технологических процессов в этой области.

К настоящему времени разработаны и проходят проверку но­вые технологические схемы и процессы, внедрение которых значительно расширит масштабы комплексной переработки уг­лей. К таким процессам в первую очередь относятся высокоско­ростной пиролиз, гидрогенизация и термическое растворение.

Высокоскоростной пиролиз (полукоксование) — процесс по­следовательного нагрева предварительно измельченного до пыле­видного состояния угля сначала газовым до температуры 300 °С (сушка), а затем твердым теплоносителем до температуры 650 °С (разложение с выделением основной массы паров смол и тяже­лых углеводородов). При взаимодействии с твердым теплоноси­телем происходит теплообмен с высокими скоростями. Это по­зволяет резко интенсифицировать процесс по сравнению с тради­ционными схемами полукоксования и обеспечить более чем в 2 раза выход продуктов пиролиза.

В результате такого интенсивного разложения получаются по­лукокс (68%), энергетический газ (15%) и смола (17%), которые характеризуются следующими качественными показателями:

Полукокс

Зольность,%................................. 12...20

Содержание летучих,%..................... 5... 19

Теплота сгорания, кДж................. 27,21...28,05

Насыпной вес, кг/м³....................... 760

Смола, %

Карбены-карбоиды................................ 5

Асфальтены............................................ 5

Фенолы.................................................. 26

Нейтральные масла................ 47

Осмоляющиеся............................. 14

Пиридиновые основания.............. 2

Карбоновые кислоты................... 1

Глава 9

перспективы использования новых видов топлива

 

Энергетический газ,%

Углекислоты......................................... 23

Оксиды углерода.............................. 16,8

водорода............................. 24,2

Удельные углеводороды................... 25,0

Непредельные углеводороды.. 4,7

Кислород............................................. 0,5

Азот...................................................... 6,2

Сероводород....................................... 0,3

Теплота сгорания, кДж/кг..... 20,09

Удельный нес, кг/м³....................... 1,04

Исследованиями установлена возможность выделения из смо­лы до 47% дистиллятной части, из которой около 50% отгоняется в виде бензиновой фракции. Жидкие топлива из тяжелой части смолы могут быть получены при ее замедленном коксовании.

Гидрогенизация — процесс получения жидких и газообраз­ных продуктов из углей под давлением 10 МПа, при температуре 420...430 °С и объемной скорости 0,8... 1 ч ' в присутствии пасто-образователя — донора водорода, катализаторов (солей железа и молибдена) и надбавок ингибиторов радикальной полимеризации.

К настоящему времени разработан ряд новых решений. В частности, это относится к предварительной сушке угля газо­вым теплоносителем в вихревых камерах, механохимической подготовке углемасляных суспензий, очистке газов низкотемпе­ратурной короткоциклонной адсорбцией, сжиганию шламов и сточных вод и регенерации катализаторов. Количество органи­ческой массы угля (ОМУ), превращаемое в жидкие и газообраз­ные продукты, составляет 90...92%. Жидкие продукты с темпе­ратурой кипения до 300 °С подвергаются переработке с примене­нием процессов гидроочистки, каталитического риформинга и гидрокрекинга с получением высокооктанового бензина и дизель­ного топлива, выход которых составляет 45...50% по отношению к исходному углю (ОМУ).

Термическое растворение — технология получения из углей тяжелых жидких экстрактов и выработки синтетической нефти и моторных топлив путем деструктивной гидрогенизации про­дуктов термического растворения. Работы ведутся в Институте горючих ископаемых, носят поисковый характер и проводятся на лабораторной аппаратуре. Процесс ведется при давлении 5 МПа, температуре 415 °С, объемной скорости 1...1,3 ч^л по пасте с ис­пользованием дистиллятного растворителя с температурой кипе­ния 200...350 °С (содержащего до 33% донора водорода), в коли­честве 1,8 по отношению к углю. Последующая переработка жид-

ких продуктов включает фильтрование, коксование беззольного экстракта, гидрогенизационную переработку сырого бензина и части регенерированного растворителя. Выход продуктов состав­ляет: бензин автомобильный — 7,45%, электродный кокс — 12,45%, битум — 25,92%, газы — 12,17%, остаточный уголь — 25,92%, потери — 8,63%. Полученные предварительные резуль­таты свидетельствуют о значительно меньшем выходе моторных топлив, чем в процессе прямой гидрогенизации.

ГОРЮЧИЕ СЛАНЦЫ

Кроме России, добычу горючих сланцев и производство син­тетического топлива в промышленных масштабах осуществляют в КНР, где производство составляет 0,3 млн т в год, и в Бразилии, где производство сланцевой смолы доведено до 50 тыс т/год. На пороге промышленного освоения месторождений горючих сланцев находятся США, Марокко, Австралия. Разработаны раз­личные варианты добычи и переработки сланцев. Все они пре­дусматривают термическое разложение с получением синтетичес­ких топлив и побочных продуктов — серы, аммиака, кокса и т. д.

Перспективными способами переработки сланцев являются газификация на парокислородном дутье под давлением (Саратов­ский политехнический институт) и термическое растворение (ИГИ). Исходя из предварительных разработок при газификации, возможно получение газа с калорийностью 3000 ккал/кг в объеме 9 млн т у. т. (если газифицировать все сланцы), что позволит в перспективе в Поволжье сэкономить до 10% котельно-печного

топлива.

При термическом растворении 40 млн т горючих сланцев возможно производство около 20 млн т у. т. высококипящего без­зольного экстракта и 2 млн т у. т. газа. По расчетам, целесообраз­но беззольный экстракт прямо использовать в качестве дорож­ных битумов, а высвобожденные битумы использовать в даль­нейшей переработке с производством энергетической продукции.

Большое значение для повышения экономичности исполь­зования волжских сланцев имеет выделение и утилизация попут­но залегающих полезных ископаемых, микрокомпонентов, редко­земельных металлов и серы.

Исходя из запасов, уровней подготовленности к промышлен­ному освоению и имеющегося опыта разработки сланцевых ме­сторождений возможна, начиная с 2008 г., разработка месторож­дений горючих сланцев Поволжья с доведением в перспективе до 30...40 млн т в год.

 

Глава 9

БИТУМИНОЗНЫЕ ПОРОДЫ

Значительным резервом развития в стране индустрии допол­нительного углеводородного сырья являются битуминозные по­роды. Это комплексное органоминеральное сырье, которое при термическом воздействии способно выделять органическую со­ставляющую, являющуюся заменителем нефти, а минеральные остатки, остающиеся после отделения «синтетической» нефти, являются прекрасным сырьем для строительной и дорожной ин­дустрии.

Месторождения и скопления битуминозных пород довольно многочисленны, и географическое размещение их крайне нерав­номерно. В связи с плохой изученностью прогнозные запасы «синтетического» топлива, содержащегося в битуминозных по­родах, варьируют от 20 до 30 млрд т.

Значительные разведанные запасы размещаются на террито­рии Татарстана, Ульяновской и Самарской областей, где они за­легают на глубинах до 400 м. Имеются месторождения природ­ных битумов на Северном Кавказе, Восточной Сибири, в Коми и других районах нашей страны.

За исключением Татарстана и Якутии специальных геолого­разведочных работ на битумы в стране не проводили.

Наиболее изученными считаются скопления битуминозных пород в пермских отложениях Татарстана. В соответствии с ре­шением ГКЗ в качестве основы для планирования геологоразве­дочных работ приняты запасы в размере 1,0 млрд т с битумона-сыщенностью свыше 5%. По степени разведанности эти запасы относятся к категории прогнозных.

СПИРТОВЫЕ ТОПЛИВА

Как компоненты моторных топлив спирты — метанол, эта­нол ранее в периоды острой нехватки топлива уже использова­лись. В настоящее время за рубежом наибольший практический опыт накоплен по использованию этилового спирта.

В начале 70-х годов XX в. в связи с возрастающими требова­ниями к качеству используемых топлив, необходимостью расши­рения сырьевой базы производства моторных топлив возрос ин­терес и к использованию метанола как топлива или добавки к нему. Известны такие топлива, как «газохол», «дизохол».

Значительный интерес к спиртовым топливам, особенно ме-танольному, обусловлен рядом причин, из которых главными являются: в экологическом отношении такие топлива более прием-

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

немы, чем синтетический бензин и другие не нефтяные топлива, хранение и распределение аналогично бензину, их применение дает возможность достичь повышения топливной экономичности двигателя. Все это достигается при одновременном расширении ресурсов моторных топлив нефтяного происхождения.

Технически доказана возможность использования метанола: в качестве 5 и 15% добавки к бензину; для производства высоко­октановой добавки к топливу — МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир); для производства бензина из метанола; в чистом виде.

Бензометанольная смесь, содержащая 5% метанола, ввиду расслаивания при температуре -3 °С может быть использована как летний вид топлива. Если использовать 1,5 млн т метанола в качестве такой добавки, расширение ресурсов моторных топ­лив может составить 0,8 млн т. В целом бензометанольные смеси стабильны в эксплуатации, выхлопы компонентов в отработан­ных газах значительно снижены: углеводородов на 10...20%, ок­сидов азота — на 30...35%.

В настоящее время в лабораториях проводят работы по ис­пользованию метанола в чистом виде. Однако такое использова­ние требует значительных изменений конструкций серийных дви­гателей, которые не могут быть осуществлены на современном уровне развития техники. Отрабатывают раздельную подачу ме­танола от бензина. Такие двойные топливные системы имеют ряд преимуществ. По данным ГосНИИметанолпроекта, при внедре­нии двойных топливных систем потребуется расход метанола в объеме до 10% объема бензина и он может использоваться во всех климатических зонах. Такая подача топлива позволяет так­же использовать низкооктановый бензин.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

В настоящее время основным сырьем в России для производ­ства водорода является природный газ, из которого производят более 90% водорода.

Уже разработаны и внедряются перспективные методы извле­чения водорода из водородо содержащих газов различных произ­водств: низкотемпературная конденсация, адсорбция, абсорбция, мембранная технология. Производство водорода этими методами значительно экономичнее, чем на специальных установках паро­вой конверсии углеводородных газов, считающейся наиболее де­шевым методом производства водорода. Перспективным источ­ником является уголь. Однако в программе развития водородной

Глава 9

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

 

энергетики в стране на перспективу предусмотрено, что основ­ным сырьевым источником получения водорода станет вода, для разложения которой должно быть использовано тепло высокотем­пературного ядерного реактора (ВТЯР).

Водород обладает очень высокой теплотой сгорания: при сжигании 1 г водорода получают 28,6 кал тепловой энергии (при сжигании 1 г бензина — 11,2 кал), его можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ.

Главным преимуществом водородной энергетики является возможность экономии традиционного энергетического сырья за счет широкого использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (как в чистом виде, так и в виде добавки) и газотурбинных двигателей (авиатранспорт, электро­энергетика).

Испытания показали, что более эффективно использовать водород в виде 5... 10% добавки к бензину, поскольку использо­вание чистого водорода ведет к нарушению рабочего процесса двигателя и выделению больших количеств NO_x, а также к ус­ложнению хранения больших количеств водорода на борту авто­мобиля. Такая смесь позволяет повысить топливную экономич­ность двигателя на 20...25%, снизить эксплуатационный расход бензина на 35...40% и токсичность отработавших газов по СО в 15-20 раз, по углеводородам в.1,5-2,0 раза и окислам азота в 10-15 раз.

В связи с отсутствием товарных ресурсов водорода на началь­ном этапе перевод автомобильного транспорта на бензоводород-ные композиции целесообразно проводить по определенным ре­гионам, в которых имеются либо достаточные ресурсы вторично­го водорода, являющегося побочным продуктом химических и нефтехимических производств, либо имеются достаточные ресур­сы технологических газов, из которых может быть получен деше­вый водород.

С целью получения пиковой электроэнергии использование водорода в энергетике необходимо рассматривать одновременно с использованием электроэнергии АЭС для производства водоро­да электролизом воды с дальнейшим сжиганием его для выработ­ки электроэнергии в часы максимальных нагрузок, либо в паро­вой турбине, в парогенераторе и МГД-генераторе, либо в МГД-генераторе и парогенераторе. Расчетные значения затрат на маги­стральный транспорт водорода на большие расстояния при той же передаваемой мощности оказываются в 3-5 раз ниже затрат на транспорт электроэнергии.

9.7. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВИЭ

Если в 1980 г. доля производимой электроэнергии на ВИЭ в мире составляла 1%, то по оценке Американского общества инженеров-электриков к 2005 г. она достигнет 5, к 2020 — 13 и к 2060 г. — 33%. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 г. объем производства электроэнергии на базе ВИЭ может возрасти с 11 до 22%. В странах Европейского Союза планируется увеличение доли использования ВИЭ для производства тепловой и электрической энергии с 6 (1996) до 12% (2010). Исходная ситуация в странах ЕС различна. И если в Дании доля использования ВИЭ с 3% в 2000 г. достигла 10%, то Нидерланды планируют увеличить долю ВИЭ с 3% в 2000 г. до 10% в 2020 г. Основной результат в общей картине определяет Германия, в которой планируется увеличить долю ВИЭ с 5,9% в 2000 г. до 12% в 2010 г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы. Главными причинами, обусловившими раз­витие ВИЭ, являются:

· обеспечение энергетической безопасности;

· сохранение окружающей среды и обеспечение экологической безопасности;

· завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развивающихся странах;

· сохранение запасов собственных энергоресурсов для будущих поколений;

· увеличение потребления сырья для неэнергетического ис­пользования топлива.

Масштабы роста использования ВИЭ в мире на ближайшие 10 лет представлены в табл. 9.1.

Таблица 9.1

ПРОГНОЗ РОСТА УСТАНОВЛЕННОЙ МОЩНОСТИ ВИЭ В МИРЕ, ГВт

 

 

Вид оборудования или технологии	2005 г.	2015 г.
Фотоэлектричество	0,938(0,26)	9,2(1,7)
Ветроустановки, подключенные к сети
Малые ГЭС
Электростанции на биомассе
Солнечные термодинамические станции	0,2
	I	7,97	20,7
Геотермальные электростанции	II	32,25
		111,1	380,9... 392,45

 

Вид оборудования или технологии	2005г	2015 г
Геотермальные тепловые станции и установки,	I	17,174	44,55
II	69,50
Солнечные коллекторы и системы	ГВт
млн м2

Примечания: 1. В строке «фотоэлектричество» в скобках указано го­довое производство фотоэлементов. 2. I, II сценарии развития геотер­мальной энергетики, соответственно при ежегодном росте 10% и 15%.

Контрольные вопросы

1. Какие новые виды жидкого и газообразного топлива могут быть
использованы в перспективе?

2. Как можно получить «синтетическое» топливо?

3. Где в России размещены основные залежи сланцев и какова перспек­тива их вовлечения в ТЭБ страны?

4. Для каких целей можно использовать спиртовые топлива?

5. Каковы перспективы развития водородной энергетики?

6. Каковы перспективы развития ВИЭ?

7. Что образуется из пылеугольного топлива при высокоскоростном пиролизе?

8. Как происходит гидрогенизация углей?

9. В чем преимущества спиртовых топлив по сравнению с синте­тическими бензинами и другими не нефтяными топливами?

10. На сколько процентов можно на автомобильном транспорте при эксплуатации снизить расход бензина при использовании 5... 10% до­бавки водорода?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

L. Бурман А. П. и др. Основы современной энергетики. — М. МЭИ. 2002.

2. Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. и др. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии. С.-Пб. Наука. 2002.

3. Бушу ев В. В. Об энергетической стратегии России // Вестник электроэнергетики, 1998, № 3.

4. Гриценко А. И. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии.— М.: ВНИИГАЗ. 1996.

5. Методические указания по расчету выбросов загрязняющих веществ при сжигении топлива в котлах.— М.: М.О Гидроме-теосздат. 1985.

6. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Технология энергосбережения. Учебник. М.: Форум—Инфра—М. 2006.

7. Ятров С. Н., Жилина Л. В., Сибикин Ю. Д. и др. Энергосбере­гающие технологии в СССР и за рубежом в 2 т. М.: Фирма «Энергосбережение». 1993.

8. Будрейко Е. Н., Зайцев В. А. Введение в промышленную эколо­гию. М.: Профобр. 1991.

 

⇐ Предыдущая14151617181920212223

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: