Производство альтернативных моторных топлив из природного газа

В соответствии со схемой, приведенной в разделе 1.1., природный газ (метан), кроме непосредственного использования в качестве газового моторного топлива в виде КПГ или СП Г, перерабатывается в жидкие продук­ты (технология GTL). В настоящее время технология GTL реализована только по схеме первоначального получения синтез-газа, на основе которого осуществляет­ся синтез метилового спирта (метанола) или производ­ство процессом Фишера-Тропша смеси углеводородов (синтетическая нефть, синтетическое жидкое топливо). Полученные из синтез-газа метанол и смесь углеводородов далее перерабатываются в различные моторные топлива или их компоненты.

Водород синтез-газа может быть выделен из синтез-газа и использован в качестве моторного топлива непосредственно (раздел 5) или как топливо для топливных элементов (раздел 6).

Производство синтез-газа

Синтез-газом называют смесь оксида углерода (СО) и водорода (Н₂), которая может быть получена из раз­личных углеродсодержащих видов сырья (уголь, торф, природный и попутный газы, фракции нефти, остатки от переработки нефти и т.п.). Однако наиболее широко для получения синтез-газа используются уголь и природный газ (метан).

Газификация угля (обработка угля водяным паром) протекает при высоких температурах (выше 1000 °С) по реакции:

с + н₂осо + н₂.

Газификация угля с получением синтез-газа и углеводородов на его основе наиболее широко используется в Южно-Африканской Республике (ЮАР) компанией «Sasol», на трех заводах которой расход угля на эти цели достигает 36 млн т в год и вырабатывается до 4,5 млн т в год различных углеводородных продуктов.

В других странах, в том числе и в РФ, сырьем для производства синтез-газа является природный газ (метан), окислительной конверсией которого получают синтез-газ с использованием водяного пара (паровая конверсия), углекислого газа (углекислотная конверсия) и кислорода (парциальное окисление) по следующим реакциям:

Наиболее широко в настоящее время используется паровая конверсия, вместе с тем все шире начинают использовать и другие технологии (углекислотную конверсию и парциальное окисление), а также их сочетания пароуглекислотную, парокислородную, что позволяет решить энергетические проблемы получения синтез-газа. Эти проблемы связаны с тем, что для проведения первых двух реакций необходимо затрачивать большое количество тепла (реакции эндотермические), а третья -протекает с выделением тепла (реакция экзотермическая).

В зависимости от устройства реактора процессы протекают при температурах от 600 до 1 000 °С и давлении до 4 МПа с использованием в качестве катализатора металлического никеля (до 25 %) на керамическом носителе.

Стадия получения синтез-газа является ключевой в производстве метанола и процессе Фишера-Тропша, поэтому совершенствованию этой стадии уделяется основное внимание при реализации технологии GTL. Одной из самых эффективных технологий проведения стадии производства синтез-газа в настоящее время считается так называемый Тандем- процесс - двухступенчатая парокислородная конверсия природного газа, которая проводится в двух трубчатых реакторах.

Преимущества Тандем-процесса по сравнению с паровой конверсией в шахтном реакторе заключаются в следующем:

- автотермичность процесса и замкнутый энергетический цикл;

- минимальный удельный расход природного. газа на одну тонну вырабатываемого продукта - расходный коэффициент получения одной тонны ме­танола из природного газа составляет 850 м³ и для обеспечения энергетики Тандем-процесса используется 150 м³ природного газа, что значитель­но меньше по сравнению с другими процессами производства синтез-газа;

- низкий уровень выбросов вредных веществ (NOx, S0₂, СО) в атмосферу.