Технології виробництва штучного палива, альтернативні види рідкого моторного палива,
У всьому світі отримали визнання вітчизняні технології газифікації вугілля та подальшого отримання штучного палива із застосуванням селективних цеолітних каталізаторів, розроблені в цей час вченими Московського інституту горючих копалин спільно з Інститутом органічної хімії АН СРСР. У ПАР з 1983 р. по наші дні діють три заводи компанії «Сасол» із сумарною продуктивністю близько 33 млн. т/рік з вугілля або 4,5 млн. т на рік по рідких моторних паливах. В основу технології покладено газифікацію вугілля за методом Пурги під тиском з подальшим синтезом вуглеводнів за методом Фішера-Тропша. При цьому, виходячи з досвіду роботи промислового підприємства в південно-африканському місті Сасолбурзі, із трьох варіацій на тему синтезу Фішера-Тропша (процес у зваженому шарі порошкоподібного каталізатора за способом фірми «Келлог», високопродуктивний синтез на стаціонарному залізному каталізаторі за способом Рурхемі-Лурги і рідкофазний синтез за способом (Rheinpreufien-Koppers ) тільки перший і частково другий, прийнятні для отримання моторних палив у промислових масштабах. В даний час промислова переробка твердих каустобіолітів з метою отримання штучних моторних палив і хімічних продуктів здійснюється в обмеженому обсязі. Водночас, у зв'язку з постійним зростанням цін на нафту, скороченням її запасів, високими витратами на розвідку нових родовищ і складною, екологічно небезпечною доставкою нафти до Європи, Північної Америки та Японії, у багатьох країнах світу продовжують проводитися науково-дослідні та дослідно-промислові роботи з удосконалення процесів гідрогенізаційної переробки та газифікації вугілля з метою отримання синтетичного рідкого палива. Зокрема, такі роботиведуться у ПАР, Китаї, США, Німеччині, Японії, Австралії, Індонезії, Філіппінах, Польщі, Україні та інших країнах. З 2004 р. в рамках Енергетичної Хартії Європейського Союзу ведеться діалог з питання розвиткуальтернативних видів рідкого моторного палива, насамперед, біопалив та синтетичних штучних палив, вироблених з газоподібної та твердої вуглецевмісної сировини. Найчастіше як тверда сировина для отримання рідкого синтетичного палива розглядають вугілля. Вугілля є тверде викопне паливо з молярним ставленням вмісту водню до вуглецю рівним приблизно 0,8. Для сирої нафти цей коефіцієнт становить 1,3. 1,9; для бензину і дизельного палива - приблизно 2. Щоб перетворити вугілля в рідке паливо, необхідно ввести в його структуру водень, що бракує. Це можна здійснити методом піролізу або (що ефективніше) методами прямого або непрямого зрідження (або їх поєднанням). При прямому зрідженні відбувається розчинення вугілля в насиченому воднем розчиннику при високій температурі та тиску. Потім здійснюють гідрокрекінгу з використанням каталізаторів. Отримані нафтопродукти вимагають рафінування перед надходженням ринку. Недоліками методу є високі експлуатаційні витрати та вищий рівень викидів СО2. Даний метод вважається більш ефективним порівняно з методом непрямого зрідження (загальна енергоефективність - 60...70%) і обраний, зокрема, китайською компанією «Shenhua» для своїх нових проектів у даній сфері. Одностадійний метод прямого зрідження апробовано на експериментальному заводі продуктивністю 150 тонн на день у місті Кашима (Японія). При непрямому зрідженні на першій стадії переробки відбувається газифікація вугілля водяною парою для отримання синтез-газу(суміші водню та монооксиду вуглецю). Після видалення сірчистих сполук і частинок синтетичний газ бере участь у реакції із застосуванням каталізатора при відносно низькому тиску та температурі. Склад кінцевих продуктів залежить від типу реакції та каталізатора. Для методу непрямого зрідження характерне одержання ультрачистого палива. Цей метод дуже підходить для цілей уловлювання та зберігання вуглецю, хоча процес менш ефективний (загальна енергоефективність - приблизно 40%) і забезпечує отриманняштучного палива з меншою теплотворною здатністю. Ця технологія є комерційно апробованою і використовується в даний час південноафриканською компанією Sasol . Каталітичний двостадійний метод зрідження на основі гідрогенізації вугілля («H-coal technology »), апробований на експериментальному заводі продуктивністю 6 тонн на день у Вілсонвілл (США). Рідинна екстракція та двостадійний процес зрідження вугілля перевірено на дослідному заводі продуктивністю 2,5 тонни на день у місті Пойнт оф Ейр (Великобританія). Скраплення бурого вугілля у дві стадії ведеться на експериментальному заводі продуктивністю 50 тонн на день у Морвеллі, Австралія. Ще однією, поки потенційною альтернативою, може стати метод (за яким подано заявку на патент), розроблений корпорацією «Global Resource Corporation» (США). У цьому процесі використовуються мікрохвилі певної частоти для отримання нафтопродуктів із різних вуглеводнів. Очікується, що цей процес забезпечить зниження витрат і рівнів викидів СОг, але це ще доведеться довести під час великомасштабного застосування. Основними компаніями, що мають передові технології зрідження вугілля, є Cheveron, General Electric, Lurgi, ExxonMobil, Sasol і Shell. У принципісинтетичне паливо можна виробляти поряд з електроенергією на заводах комбінованого циклу комплексної газифікації (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC). Цей процес також називають «співробітництвом» або «полігенерування». Дослідження з гідрогенізації вугілля широко проводяться в Австралії, Великій Британії, Німеччині, Іспанії, Індонезії, Колумбії, Китаї, Пакистані, Японії, Польщі та США. Так, у США фірмами "Exxon", "Gulf Oil Corp.", "Pittsburgh and Midway Coal Mining" та іншими відпрацьована технологія гідрогенізації вугілля під тиском 20 МПа з рециркулюючим пастоутворювачем - донором водню в присутності суспендованого алюмокобальт Сольвент Ріфайнінг Коал (SRC)», а також модифікація процесу Hydrocarbon Oil (H-Oil )» - процес Hydrocarbon Coal (H-Coal )», реалізований фірмою «<4 Hydrocarbon Research », некаталітичний процес «Ексон Донор Сольвент (EDS)» та ін. Повідомлялося також про початок будівництва установки з переробки 1 500 т вугілля на добу в штаті Огайо. Тут доречно помітити, що пряма деструктивна гідрогенізація (поряд з газифікацією та подальшим застосуванням технології Фішера-Тропша) була і залишається дуже перспективним методом отримання рідких вуглеводнів (моторних палив, масел і мастил, а також сировини для подальшого органічного синтезу) з вугілля та інших твердих каустобіолітів. Метод же газифікації конденсованих горючих копалин, насамперед того ж таки вугілля, в даний час є практично єдиним економічно прийнятним промисловим методом виробництва водню, необхідного для гідрогенізації. У Китаї наприкінці 2008 р. - на початку 2009 р. здана в експлуатацію 1-а черга великого заводу з газифікації вугілля з подальшим синтезом моторних паливза методом Фішера Тропша. «Шеньхуа Груп», одна з найбільших вугільних компаній Китаю, придбала 80% акцій Дослідницького центру з вжитку вугілля. Центр призначений для розробки технології переробки вугілля у дизельне паливо, бензин та інші нафтопродукти. Уряд КНР підтримує створення технології, яка може швидко збільшити постачання нафтопродуктів на внутрішній ринок країни, якщо імпорт нафти скоротиться або ціни на неї зростуть. Нині Китай є другим після США імпортером нафти. У Німеччині (м. Цайц) методом прямої гідрогенізації переробляється приблизно 0,5 млн. т на рік смоли напівкоксування вугілля в компоненти моторних палив, мастила та парафін. На німецькому ж дослідно-промисловому підприємстві в м. Боттропі перероблено в рідкі продукти понад 350 тис. т вугілля різних родовищ Німеччини (Gesamtmenge, Westernholt-Kohle, Prosper-Kohle), а також випробувано вугілля США та Австралії (Іллінойс № 6). , Вайомінг, Західна Дакота та ін.). Там застосовують модифікований метод Бергіуса. Польські Інститут хімічної переробки вугілля, Науково-технічний університет, Інститут економіки мінеральних та енергетичних ресурсів; Інститут економіки Польської Академії наук та Сілезький технологічний університет беруть участь у дослідженнях з питань вугільних технологій, включаючи газифікацію та зрідження. Найбільша вугільна компанія Польщі «Копальня Венглови » (KB) розпочала розробку проекту заводу з одержання рідкого палива та хімічних продуктів з вугілля. Вартість будівництва заводу оцінюється у 645 млн. дол. США. Пуск заводу в експлуатацію намічено на 2012 р. Згідно з проектом 1 л бензину з вугілля коштуватиме вдвічі дешевше за нинішні ціни. Щорічно завод перероблятиме 5 млн. т вугілля. На думку польськихфахівців, комбіноване виробництво синтетичних моторних палив, метанолу та електроенергії зроблять цей завод економічно ефективним без особливих стимулюючих заходів. Основні ж ризики пов'язують із питаннями регулювання, т.к. в даний час подібні заводи належать до хімічної промисловості, в якій існують, наприклад, відмінні від енергетики норми викидів парникових газів, зокрема вуглекислого газу СОг. У «Стратегії розвитку вугледобувної промисловості в Польщі на період 2007 року. 2015 р.» визнається важливість вугледобувної промисловості для Польщі та передбачається здійснення значних інвестицій у цей сектор. Стратегія передбачає також проведення серйозної оцінки можливих варіантів виробництва синтетичного газу та рідкого штучного палива. Передбачається, що уряд сприятиме застосуванню відповідних технологій. Заходи стимулювання, передбачені політикою польського уряду, включають кредитні гарантії, інвестиційні податкові знижки та субсидування синтетичного палива через зниження акцизних зборів. У Казахстані ведеться будівництво Приозерського експериментального вуглехімічного комплексу з переробки 65 тис. т на рік каражиринського вугілля в рідке паливо та інші продукти паливного призначення. Розробку проекту здійснено НДІ нових хімічних технологій та матеріалів (м. Алмати), Інститутом органічного синтезу та вуглехімії (м. Караганда) та проектно-конструкторським інститутом ДТП ДНПОПЕ «Казмеханобр ». Комплекс розрахований отримання в рік 9 000 т бензину, 16 000 т низкосернистого (S -->