Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология переработки газового сырья. Химия синтез-газа. Учебное пособие
.pdf
финансовыми и технологическими затратами получать синтетические
углеводороды, мы неблагоразумно ради обеспечения себя энергией
продолжаем сжигать большую часть пока еще существующих
природных ресурсов ископаемого топлива.
Один из подходов предусматривает использование водорода в
качестве чистого топлива (концепция водородной экономики).
Свободный водород, однако, нельзя считать природным источником
энергии на Земле, поскольку водород в больших концентрациях не
может существовать в нашей атмосфере, где высоко содержание
кислорода. Водород сам по себе сгорает «чисто», образуя только воду.
Однако для того, чтобы извлечь Н
из соединений (углеводородов и
2
воды), необходимо использовать процессы, которые связаны с
большими энергетическими затратами и которые сейчас никак нельзя
назвать «чистыми». Ведь водород получают главным образом путем
конверсии природного газа, нефти или угля (т.е. ископаемого топлива)
в синтез-газ (смесь СО и Н
или окислить до СО
2
). Полученный монооксид углерода можно
2
или подать в реактор конверсии СО водяным
паром и таким образом получить дополнительное количество
водорода. В целом, однако, при этом ¼ часть энергии ископаемого
топлива выделяется в виде теплоты. Водород можно также получать
электролизом воды. В этом процессе СО
вообще не образуется, а
2
проводить электролиз можно и без источника ископаемого топлива.
Наши океаны представляют собой неистощимый источник воды,
которую можно разлагать с помощью электричества или каким-то
другим способом и получать водород и кислород. Водород, однако,
нельзя считать удобным энергоносителем, поскольку его хранение,
транспортировка и распределение сопряжены с трудностями и
большими затратами. Для работы с чрезвычайно летучим и
взрывчатым газообразным водородом требуется оборудование,
способное выдерживать большие давления, особые материалы,
которые сводят к минимуму диффузию и утечку, и, наконец, строгое
соблюдение мер безопасности для предотвращения возможности
взрыва. Ко всем этим трудностям надо добавить необходимость
создания обширной инфраструктуры, без которой реализация проекта
по развитию водородной экономики невозможна, а это связано с
колоссальными затратами.
151
9.2. Метанольная экономика как альтернатива водородной
экономике. Перспективные направления развития
Одной из реальных альтернатив водородной экономике является
концепция метанольной экономики (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Метанол как основа экономики
Метанол представляет собой кислородсодержащий жидкий
углеводород. Его в настоящее время получают из синтез-газа, который
производится из ископаемого топлива. Но сейчас разрабатываются
новые методы, позволяющие получать метанол либо прямой
окислительной конверсией природного газа (метана), либо путем
восстановительной конверсии СО
, который в значительных
2
концентрациях содержится в отходящих газах электростанций,
работающих на горючих ископаемых, а также в отработанных газах
некоторых промышленных предприятий. Когда-нибудь станет
возможной химическая переработка атмосферного СО
непосредственно путем гидрирования в метанол. Необходимый для
этого водород будут получать из воды, ресурсы которой неистощимы,
используя любой источник энергии - атомную или возобновляемую
энергию. Таким образом, легколетучий газообразный водород можно
152
2
будет удобно и безопасно хранить, если путем реакции с СО2
превратить его в жидкий метанол.
Итак, метанол представляет собой удобный в обращении и
безопасный энергоноситель. Кроме того, комбинация метанола с
диметиловым эфиром, синтез которого протекает очень легко, дает
топливо превосходного качества. Метанол и ДМЭ можно смешивать с
бензином или дизельным топливом и использовать либо в двигателях
внутреннего сгорания, либо в электрогенераторах. Метанол можно
использовать не только как сырье для получения разнообразных
химических продуктов и материалов, но и в качестве исходного
соединения для синтеза этилена и(или) пропилена (процесс М→О), из
которых в свою очередь можно получать синтетические углеводороды
и продукты их переработки, т.е. все, что пока производится из нефти и
газа:
СН
ОН →СН2=СН2 и (или) СН3СН2=СН2 → Углеводороды.
3
Хотя сегодня сырьем для метанола повсеместно служит синтезгаз, получаемый из горючих ископаемых, кажется, уже настало время
исключить стадию превращения природного сырья в синтез-газ и
переходить к прямому синтезу метанола из природного газа, тем более
что пока запасы газа велики. Эта технология сейчас только
разрабатывается, но в перспективе она упростила бы синтез метанола
и сделала бы его более доступным потребителю.
Метанол можно также получать из СО
каталитическим
2
восстановлением водородом или путем электрохимического
восстановления СО
в воде. В отходящих газах электростанций,
2
работающих на сжигании горючих ископаемых, а также в
газообразных заводских выбросах содержится легко извлекаемый СО
в больших концентрациях. Поскольку при выбросах громадных
количеств СО
усиливается эффект глобального потепления, все
2
согласны с тем, что диоксид углерода надо извлекать и избавляться от
него. Однако лучше всего было бы не просто изолировать СО
, а
2
повторно использовать путем химического превращения в метанол.
Водород, необходимый для превращения СО
в метанол, можно
2
получать из воды, используя любой источник энергии (среди
альтернативных источников можно назвать атомную энергию,
фотохимические реакции и даже превращения под действием
2
153
бактерий). В дальней перспективе проблема чрезмерного выделения
СО
при сжигании горючих ископаемых отпадет сама собой,
2
поскольку запасов невозобновляемого ископаемого топлива хватит не
больше, чем на нескольких столетий. В то же время утилизация
атмосферного СО
путем восстановительного гидрирования в метанол
2
может стать неиссякаемым источником углерода для топлив,
синтетических углеводородов и продуктов их переработки.
Поскольку содержание СО
необходимы новые и эффективные пути для выделения СО
в атмосфере низкое (0,0393 %),
2
. Сегодня
2
благодаря селективной абсорбции и другим методам разделения в
этой области достигнут значительный прогресс, который позволяет
проводить выделение атмосферного СО
из воздуха в практическом
2
масштабе. При крупномасштабном и эффективном производстве
метанола из атмосферного СО
, которое основано на взаимодействии
2
диоксида углерода с водородом, полученным из воды, метанол
вытеснит нефть и газ. Он станет выполнять роль и энергоносителя, и
готового к использованию топлива, а также химического сырья для
получения синтетических углеводородов и продуктов их переработки
(вплоть до полимеров и даже белков). Таким образом, реализация
концепции метанольной экономики когда-нибудь освободит
человечество от страха перед уменьшением запасов
невозобновляемого ископаемого топлива.
В природе СО
включается в кругооборот за счет потребления
2
его в ходе фотосинтетических процессов растениями, которые
используют также воду и энергию Солнца. Последующее
формирование ископаемого топлива из растений представляет собой
очень медленный процесс, продолжительностью в сотни миллионов
лет, хотя процессы превращения вещества бактериями могут
протекать достаточно быстро. Следовательно, определенным образом
реализация концепции метанольной экономики дополнит и ускорит
природные процессы кругооборота.
В конечном счете Солнце является основным поставщиком
энергии на Земле. Считается, что Солнце будет существовать не менее
4,5 млрд лет, и за это время человечество располагает поистине
безграничными возможностями для изобретения более эффективных
способов использования энергии Солнца.
Мы с оптимизмом смотрим в будущее. Человечество склонно к
изобретениям и, по-видимому, способно найти выход из любой
опасной ситуации и решить любую проблему. История учит нас,
154
однако, тому, что человечество начинает реагировать на крупные
проблемы и кризисные ситуации обычно только тогда, когда кризис
уже разразился. Многие до сих пор считают, что проблема наших
нефтяных и газовых запасов еще далека от критической стадии и что у
нас нет оснований для беспокойства. Публиковавшиеся в прошлом
пессимистические прогнозы скорого исчерпания ресурсов
ископаемого топлива всегда оказывались «ложной тревогой», и такая
их оценка в определенной степени была справедлива, потому что в
них шла речь о коротких отрезках времени. Если же говорить о
дальнейшей перспективе, то здесь прогнозы совсем не радужные. Мы
должны осознать, что полученные от природы в подарок
невозобновляемые ресурсы ископаемого топлива когда-нибудь
закончатся, и уже сейчас они заметно уменьшаются с ростом
населения на планете и потребления энергии. Если мы хотим
поддерживать жизненный стандарт на прежнем уровне или даже
повысить его, нам необходимо найти новые решения возникающих
проблем. Этот поиск надо начинать уже сейчас, пока у нас есть еще
время и ресурсы, чтобы сделать это спокойно и без суеты.
Совершенно очевидно, что одним из путей расширения наших
запасов нефти и газа является их более рациональное и более
экономичное использование, принятие мер по сохранению этих
запасов и внедрение новых эффективных технологий. Это в первую
очередь относится к сфере транспорта, где, в основном, расходуются
бензин и дизельное топливо, получаемые из нефти. Уменьшить
потребление бензина и дизельного топлива и тем самым расширить
сферу их использования можно путем экономии топлива в сочетании с
разработкой более эффективных транспортных средств. К таким
средствам относятся использование гибридных двигателей, в которых
двигатели внутреннего сгорания комбинируют с электродвигателями,
работающими от электроэнергии, получаемой на борту транспортного
средства. Использование водорода в качестве энергоносителя и
топлива (водородная экономика) возможно лишь на больших
стационарных установках, а в более широком масштабе оно вряд ли
возможно, поскольку легколетучий газообразный водород труден в
обращении. Кроме того, реализация этой программы потребовала бы
создания совершенно новой и дорогостоящей инфраструктуры, а
также принятия мер безопасности.
155
Вывод. Концепция метанольной экономики представляет собой
реальный новый подход, который рассчитан на то время, когда эпоха
обильных и дешевых нефти и газа завершится. Очевидно, что
человечество должно ориентироваться на самые разные пути решения
обозначенных проблем. Программа «Метанольная экономика»
является реально выполнимой, и она открывает возможности для
всесторонних исследований, развития и анализа.
Вопросы для самоконтроля:
1. Основные направления развития экономики на современном
этапе.
2. Метанольная экономика, как альтернатива водородной
экономике.
3. Перспективные направления развития метанольной
экономики.
156
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хенрици-Оливэ, Г. Координация и катализ / Г. Хенрици-Оливэ,
С. Оливэ. – М.: Мир, 1980. – 410 с.
2. Шелдон, Р. А. Химические продукты на основе синтез-газа; пер.
с англ / Р. А. Шелдон. – М.: Химия, 1987. – 248 с.
3. Шиллинг, Г.-Д. Газификация угля; пер. с нем / Г.-Д. Шиллинг,
Б. Бонн, У. Краус. – М: Недра, 1986. – 175 с.
4. Арутюнов, В. С. Роль газохимии в мировой энергетике /
В. С. Арутюнов, А. Л. Лапидус // Вестник Российской академии
наук. – 2005. – Т. 75. – № 8. – С. 683-693.
5. Минерально-сырьевая база топливно-энергетического комплекса
России. Состояние и прогноз / Под ред. В. З. Гарипова,
Е. А. Козловского. – М.: Геоинформ, 2004. – 548 с.
6. Адельсон, С. В. Технология нефтехимического синтеза: учебник
для вузов / С. В. Адельсон, Т. П. Вишнякова, Я. М. Паушкин. –
М.: Химия, 1985. – 608 с.
7. Усачев, Н. Я. Проблемы и перспективы конверсии углеводородов
в синтез-газ / Н. Я. Усачев, В. В. Харламов, Е. П. Беланова //
Нефтехимия. – 2011. – Т. 51. – № 2. – С. 107-117.
8. Махлин, В. А. Современные технологии получения синтез-газа из
природного и попутного газа / В. А. Махлин, Я. Р. Цецерук //
Химическая промышленность сегодня. – 2010. – № 3. – С. 6-17.
9. Synthesis gas production by partial oxidation of methane from the
cyclic gas-solid reaction using promoted cerium oxide / J.C. Jalibert
[at al] // Studies in Surface Science and Catalysis. – 2001. – V. 136. –
Р.301-306.
10. The production of synthesis gas by the redox of cerium oxide /
K. Otsuka [at al] // Studies in Surface Science and Catalysis. – 1997. –
V. 107. – P. 531-536.
11. Song, C. S. Tri-reforming of methane: a novel concept for catalytic
production of industrially useful synthesis gas with desired H
/CO
2
ratios / C. S. Song, P. Wei // Catalysis Today. – 2004. – V. 98. – № 4. –
P. 463-484.
157
12. Брагинский, О.Б. Нефтегазовый комплекс мира / О.Б. Брагинский.
– М.: Академия, 2009. – 640 с.
13. Тимофеев, В. С. Принципы технологии основного органического
синтеза и нефтехимического синтеза: учебное пособие для вузов /
В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов. – М.: Высшая школа, 2003. –
536 с.
14. Ола, Дж. Метанол и энергетика будущего. Когда закончатся нефть
и газ; пер. с англ / Дж. Ола, А. Губерт, Г. Пракаш. – М.: Бином.
Лаборатория знаний, 2009. – 416 с.
15. http://www.methanol.ru/ – Сетевой ресурс, посвященный свойствам,
производству и переработке метанола.
16. Артеменко, А. И. Органическая химия / А. И. Артеменко. – М.:
Высшая школа, 2007. – 560 с.
17. http://www.methanol.ru/market/Rossijskij_rynok_metanola_v_svete_m
irovyh_tenden.
18. http://www.methanol.ru/Stati_dlja_obsuzhdenija_na_forume/Novoe_to
plivo_iz_prirodnogo_gaza.
19. http://www.metafrax.ru/new_tech.html - Официальный сайт ОАО
«Метафракс».
20. Розовский А. Я. Теоретические основы процесса синтеза метанола
/ А. Я. Розовский, Г. И. Лин. – М.: Химия, 1990. – 268 с.
21. Караханов, Э. А. Синтез-газ как альтернатива нефти. Ч II. Метанол
и синтезы на его основе / Э. А. Караханов // Соросовский
образовательный журнал. – 1997. – №12. – С. 65-69.
22. Бочкарев, В. В. Перспективные процессы переработки метанола в
органические продукты / В. В. Бочкарев, Т. Н. Волгина //
Химическая промышленность сегодня. – 2008. – №3. – С.13-17.
23. www.methanol.org.
24. http://www.khstu.ru/vestnik/articles/311.pdf «Современное состояние
и перспективы производства и применения метанола».
25. http://alt-energy.org.ua/2009/06/17/novyj-sposob-konvertirovat-so2-vmetanol/ Альтернативные источники энергии «Новый способ
конвертировать СО
в метанол».
2
158
26. http://www.methanol.ru/technology/Metanol_i_sintezy_na_ego_osnove
.
27. http://www.methanol.ru/technology/Principialnaja_shema_proizvodstv
a_metanola.html.
28. Ривин, Э. М. Получение метилтретбутилового эфира /
Э. М. Ривин, Л. Я. Горожанкина. – М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1995.
– 48 с.
29. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию /
Л. С. Беляев [и др.]. – Новосибирск: Наука. Сибирская изд. фирма
РАН, 2011. – 269 с.
30. Аналитический портал химической промышленности, новые
химические технологии:
http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=354.
159
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Подписано в печать 14.04.2017
Формат 60×84 1/16
Бумага офсетная
Печать ризографическая
9,3 усл. печ. л.
10,0 уч.-изд. л.
Тираж 100 экз.
Заказ
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального
420015, Казань, К. Маркса, 68
Алевтина Петровна Рахматуллина
Дмитрий Валерьевич Бескровный
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ПЕРЕРАБОТКИ ГАЗОВОГО СЫРЬЯ.
ХИМИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА
Ответственный за выпуск Е. Н. Черезова
Издательство Казанского национального исследовательского
технологического университета
исследовательского технологического университета
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]