Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Химическая технология переработки газового сырья. Химия синтез-газа. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 166 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

реализуется почти в 100 странах мира, но основным рынком сбыта много лет является Китай, который, вместе с тем, активно развивает собственную производственную базу по выпуску химической продукции, поступающей из России и, кроме того, наращивает экспортный потенциал по продуктам, составляющим основу экспорта российского химического комплекса (аммиак, карбамид, метанол, полиэтилен).

Таким образом, химический комплекс является базовым сегментом российской промышленности, который закладывает основы ее долгосрочного и стабильного развития и оказывает существенное влияние на структурные изменения в экономике, обладающие существенным макроэкономическим эффектом и влияющие на уровень национальной конкурентоспособности и темпы роста экономики в целом.

5.2. Метанол как важнейший по значению и масштабам

производства продукт, выпускаемый химической

промышленностью. Основные направления использования

метанола

Метанол является одним из традиционных крупнотоннажных продуктов химической промышленности. По итогам 2013 г. мировое потребление метанола составило 66 млн т, из них 65 % пришлось на страны Азии, 17 % – на Европу и 11 % – на США. В 2014 г. рост потребления метанола составил 5 млн т, основная доля – 4 млн т – приходится на Китай. Мировой спрос к 2018 г. прогнозируется уже на уровне 92 млн т. При этом наибольшую часть продукта по-прежнему будут потреблять азиатские страны (70 %). Прогноз на 2014-2019 гг. предусматривает рост спроса на метанол в этом регионе с 40 до 65 млн т.

По состоянию на начало 2014 г. в РФ функционируют 9 производителей метанола с суммарной мощностью установок 4 млн т/год. В региональном разрезе действующих мощностей по выпуску метанола лидируют Приволжский и Сибирский федеральные округа, на чью долю приходится почти 75 %. В 2013 г. производство метанола в РФ составило 3,56 млн т. Более 70 % от этого объема пришлось на три крупнейших производителя: «Метафракс», «Сибметахим» и «Томет». В среднем по России коэффициент

использования мощностей по производству метанола в 2013 г. составил 89,6 %, что на 4,8 % больше, чем в 2012 г. Наибольшей степенью загрузки характеризуются «Метафракс» (101,6 %) и «Сибметахим» (99,3 %).

Внутренний рынок метанола в России пока полностью обеспечивается собственными производственными ресурсами. В 2013 г. наблюдался значительный рост внутреннего рынка при одновременном снижении экспорта. Темпы роста производства замедлились, сохранив тем не менее положительную динамику. В целом российский рынок метанола еще недостаточно развит и пока не достиг своей зрелости. Метанол является полупродуктом, который потребляется преимущественно в нефтехимической и газовой промышленности. В структуре потребления до 30 % приходится на внутризаводское использование. Основные сегменты потребления метанола в РФ – это производство формальдегида, изопрена, метилтретбутилового эфира (МТБЭ), а также использование в нефтегазовой отрасли. Выпуск формальдегида (формалин, карбамидоформальдегидный концентрат (КФК)) является ключевым и активно развивающимся сектором с наибольшим объемом потребления – около 757 тыс т метанола в 2013 г.

Производство МТБЭ - второе по величине и стабильно развивающееся направление переработки метанола, за 2013 г. объем потребления достиг 416 тыс т. Введение в действие технического регламента Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» сделало премиальным внутренний рынок по сравнению с экспортом, как это было ранее. Лидером в производственной структуре МТБЭ выступают ПАО «СИБУР Холдинг» - более 39 % рынка и ЗАО «ГК «Титан» - почти 20 %. Следующим по объемам потребления сегментом является нефтегазовая отрасль – 14 % (300,5 тыс т в 2013 г.). Прогноз потребления метанола в этом секторе напрямую зависит от объемов добычи газа природного и на газоконденсатных месторождениях. Согласно планам Минэнерго России, в долгосрочном периоде предполагается рост добычи газа, что приведет к увеличению спроса на метанол в данном сегменте к 2025 г. более чем на 25 %.

До мирового экономического кризиса более половины произведенного в РФ метанола поставлялось на внешние рынки. В дальнейшем в результате кризисных явлений в мировой экономике, а

также усиления конкуренции со стороны ближневосточных и азиатских поставщиков российские экспортеры снизили показатели. В 2013 г. доля экспорта составила 39 %, снизившись на 3 % по сравнению с 2012 г. Крупнейшая страна назначения экспортных объемов российского метанола – Финляндия, также крупными импортерами являются Словакия, Румыния, Турция и Польша.

Прогноз развития мощностей по производству метанола в РФ в 2013-2025 гг. предусматривает рост производства до 10,24 млн т по максимальному сценарию. Основные условия реализации проектов российских предприятий: обеспеченность природным газом в долгосрочной перспективе по конкурентным ценам, наличие современной технологии, рынков сбыта и крупных инвестиций.

В России стартовал проект «Метанол Северный», предусматривающий строительство завода по производству метанола мощностью 1,65 млн т/год в Северо-Западном округе. 80 % производимой продукции будет идти на экспорт. Начало проектных работ намечено на первый квартал 2015 г., начало строительства первая половина 2016 г. Запуск производства ожидается во второй половине 2018 г.

В последние десятилетия за рубежом и в России значительно возросла потребность в метаноле. Это объясняется развитием производства формальдегида, синтетического каучука, метиламинов, диметилтерефталата, метилметакрилата, поливинилхлоридных, карбамидных смол и других многочисленных продуктов, использующих метанол в качестве сырья.

На сегодняшний день структура потребления метанола в Европе и Азии базируется на переработке его в формальдегид, уксусную кислоту, метилтретбутиловый эфир, метилметакрилат, диметилтерефталат, метилмеркаптан, метиламины, хлорметан, олефины (рис. 5.1), что обусловлено дефицитом углеводородного сырья (нефть, природный газ) и возможностью получения метанола из сырья неуглеводородного происхождения (уголь, сланцы, природные карбонаты и т. д.), запасы которых значительно превосходят ресурсы природного газа и нефти.

Увеличение спроса на метанол, а также разработка новых низкотемпературных, высокоэффективных и селективных катализаторов обусловили создание агрегатов крупной единичной мощности с учетом передовой технологии. Действующие агрегаты модернизируются на основе последних достижений науки и техники.

Проведены обширные научно-исследовательские работы по созданию

Диметилсульфат

Диметилтерефтала

Метиламины Формальдегид

Метилгалогениды

Метилтретбутиловый

добавка к бензинам)

Низшие

Высокооктановый бензин

Топливо

Растворитель

Уксусная

Спирты

Белки

синтез)

низкотемпературных катализаторов и изучению их физикохимических свойств, кинетики и механизма образования метанола, технологии синтеза и ректификации метанола-сырца.

СН3ОН

Рис. 5.1. Некоторые направления применения метанола

Таким образом, в настоящее время все более интенсивно развиваются исследования по поиску новых областей применения метанола с целью получения большого числа химических продуктов

Диметиламины

Диметилакрилат

эфир (высокооктановая

(микробиологический

из сырья не нефтяного происхождения, что позволит удовлетворить

иссякнут уже в XXI в. Не помогут ни новые

потребность народного хозяйства в целом ряде продуктов независимо от запасов нефти и роста цен на ее добычу.

5.3. Концепция метанольной экономики. Основные аспекты. Перспективные направления развития

Уголь, нефть и природный газ, которые являются основными

видами ископаемого топлива, представляют собой прежде всего

главные источники энергии и топлива. Кроме того, они служат важнейшим сырьем для огромного количества синтетических материалов и продуктов - от бензина и дизельного топлива до

различных нефтехимических и химических продуктов, включая синтетические материалы, пластмассы, фармацевтические препараты и т.д. Однако на образование в природе драгоценного сырья уходили целые геологические эпохи, а расходуется оно очень быстро. Численность населения нашей планеты непрерывно растет. Уже сейчас оно превышает 6 млрд человек, а в XXI в., вероятно, достигнет 8-10 млрд человек. Одновременно растут уровень жизни и энергетические потребности в таких крупных развивающихся странах, как Китай и Индия, поэтому спрос на тающие ресурсы ископаемого топлива возрастает, а стоимость их все увеличивается. В то время как запасов угля нам хватит еще на два или три столетия, легкодоступные запасы нефти и газа месторождения, ни более совершенные технологии, ни экономия или использование нетрадиционных запасов, таких как залежи тяжелой нефти, нефтяные сланцы, битуминозный песчаник, гидраты метана, метан угольных пластов и т.д.

В последнее время широко обсуждается подход, связанный с

использованием водорода. Можно предположить, что в будущем водород будут получать электролизом воды, причем энергию для этого процесса предполагают брать из любого доступного источника, а сам водород затем будут использовать в качестве чистого топлива. Этот подход назван водородной экономикой. Водород сгорает очень чисто, и единственным продуктом сгорания является только вода, хотя его производство может оказаться отнюдь не таким уж чистым, если необходимая энергия получается из ископаемого топлива, что неизбежно приводит к загрязнению среды.

Водород имеет определенные преимущества как энергоноситель

и как топливо. Однако в виду того, что он чрезвычайно летуч и взрывоопасен, предстоит преодолеть множество трудностей, прежде чем можно будет говорить о его широкомасштабном использовании в качестве каждодневного источника энергии и топлива. Переход на водородное топливо сам по себе не может удовлетворить нашу непрерывную потребность в углеводородах и их продуктах.

Для решения этой задачи надо разрабатывать новые синтетические методы, с помощью которых с большей эффективностью будут использоваться существующие природные ресурсы. Кроме того, углеводороды и продукты их переработки будут синтезироваться из углеводородного сырья, полученного из неископаемых углеводородных источников.

Сегодня сектор транспорта является главным потребителем нефти, причем основные виды топлива представляют собой жидкие углеводородные продукты (бензин, дизельное топливо). Их легко и сравнительно безопасно перевозить и распределять, главным образом потому, что уже существует необходимая и достаточно развитая инфраструктура. Поэтому, если мы размышляем, каким альтернативным топливам для транспортного сектора надо отдать предпочтение, то речь также должна идти о жидких веществах.

Несколько лет назад был предложен новый, практически реальный, альтернативный подход к тому, как более эффективно использовать доступные ресурсы нефти и природного газа и, в конечном счете, сделать так, чтобы человечество перестало зависеть от ископаемого топлива. Это концепция метанольной экономики, основанной на использовании метанола в качестве энергоносителя и исходного вещества для синтеза других углеводородов. Метанол – самое простое и самое безопасное жидкое кислородсодержащее углеводородное соединение, которое легко хранить и транспортировать. В настоящее время его почти всегда получают из синтез-газа (смеси СО и Н

), который образуется при неполном

сгорании ископаемого топлива (главным образом природного газа или угля). Источником получения метанола может быть также биомасса (древесина, побочные сельскохозяйственные продукты, бытовые отходы и т.д.), но она играет незначительную роль. Получать метанол, а иногда и диметиловый эфир можно путем окислительной конверсии метана, минуя стадию образования синтез-газа, или путем восстановительного гидрирования СО

. Источником диоксида

углерода могут быть промышленные отработанные газы, образующиеся на электростанциях, работающих за счет сжигания ископаемого топлива, на цементных заводах, а когда-нибудь станет и сама атмосфера. Необходимый для этого водород будут получать из воды, используя энергию, извлекаемую из неископаемого топлива, и тогда его можно будет хранить в виде безопасной и легкотранспортируемой жидкости. В то же время с помощью химической утилизации избыточного СО

можно было бы смягчать

последствия климатических изменений, в значительной степени вызванных чрезмерным сжиганием огромного количества ископаемого топлива.

Метанол – превосходное топливо с октановым числом 100, а кроме того, его можно добавлять в бензин как кислородсодержащую добавку. Метанол можно использовать в качестве альтернативного топлива в сегодняшних двигателях внутреннего сгорания (ДВС), которые необходимо лишь немного модифицировать. Метанол может также служить для получения электричества в топливных элементах. Для этого его вначале подвергают каталитической конверсии до Н

СО; затем водород отделяют от СО, и он служит источником питания в топливном элементе. Метанол может также реагировать непосредственно с воздухом в прямых метанольных топливных элементах (ПМТЭ), и тогда нет необходимости подвергать его конверсии. Использование ПМТЭ сильно упрощает технологию топливных элементов и открывает возможность широкого применения этих элементов, в частности в портативных электронных устройствах, например в сотовых телефонах, ноутбуках. Вскоре они также найдут применение в моторных скутерах и автомобилях или в электрогенераторах и аварийных резервных системах в тех районах планеты, к которым еще не подведена сеть электропередач.

Другое потенциально важное преимущество - возможность прямого преобразования природного газа (метана) в метанол, который можно быстро и безопасно транспортировать в те районы, где трубопроводы проложить нельзя или они недоступны. В наши дни сжиженный природный газ (СПГ) транспортируется через океаны в криогенных условиях на гигантских танкерах (>200 000 т). СПГ разгружается в терминалах и подается по трубопроводам на места, где он расходуется на удовлетворение все возрастающих энергетических потребностей или пополняет дефицит, связанный с уменьшением местных источников природного газа. Однако СПГ таит в себе ряд

опасностей – здесь и возможные аварии, и действия террористов. Надо иметь в виду, что взрыв одного-единственного супертанкера вблизи от плотно населенного района мог бы произвести разрушительный эффект, сопоставимый со взрывом водородной бомбы. В этом отношении конверсия природного газа в метанол представляется вполне реальной альтернативой. Прямое превращение природного газа в жидкий метанол в отличие от первичной конверсии газа в синтез-газ можно осуществить сравнительно легко, и для этого не надо строить очень больших заводов. Метанол, полученный поблизости от источников природного газа, можно транспортировать без труда.

Помимо использования в качестве энергоносителя и топлива метанол также служит исходным материалом для получения разных химических веществ, таких как формальдегид, уксусная кислота, и большого числа других продуктов, в том числе полимеров, красок, клеевых и строительных материалов, синтетических химических продуктов, фармацевтических препаратов и одноклеточных белков. Путем одностадийной каталитической конверсии из метанола очень просто получить этилен, а иногда и пропилен (процесс «метанол →олефин»), которые служат строительными блоками при получении синтетических углеводородов и подобных им соединений. Таким образом, углеводородные топлива и продукты, которые сегодня получают из ископаемого топлива, можно получать из метанола, который в свою очередь можно произвести химической утилизацией атмосферного СО

. Метанол может помочь человечеству избежать

зависимости от ископаемого топлива в транспортном секторе и синтезе углеводородов, поскольку он может быть получен из СО

который будет улавливаться и гидрироваться.

Концепция метанольной экономики обладает многими преимуществами и таит в себе широкие возможности. Она предполагает, что метанол можно использовать как:

1) удобный энергоноситель;

2) легко транспортируемое и перекачиваемое топливо, в

частности, материал для метанольных топливных элементов;

3) сырье для промышленного производства синтетических углеводородов и продуктов их переработки, в частности полимеров и белков одноклеточных животных (для корма животных, а иногда и для потребления людьми).

Источником углерода когда-нибудь станет воздух, который

доступен каждому на нашей Земле, а необходимую энергию можно будет получать из альтернативных источников, в том числе путем использования атомной энергии.

При производстве метанола нельзя отдать предпочтение какому-

то одному источнику энергии. Для любого источника, включая альтернативные источники и атомную энергию, можно найти наиболее экономически оправданные, безопасные и экологически приемлемые способы. Применение метанола представляет собой самый удобный путь хранения и распределения энергии, а сам метанол является хорошим топливом и сырьем для производства синтетических углеводородов и родственных им соединений. Концепция метанольной экономики предлагает новое решение проблемы удобного, безопасного и обратимого хранения и транспортировки энергии – использование метанола, простого и легкого в обращении жидкого химического соединения. В то же время концепция метанольной экономики предусматривает утилизацию избыточного атмосферного СО

и, соответственно, смягчение

глобального потепления, одного из главных неблагоприятных воздействий человеческой деятельности на климат Земли.

На формирование концепции метанольной экономики ушло много лет, хотя интерес к использованию метанола в качестве топлива и добавки к бензину наблюдается только во время острой нехватки топлива. На самом деле гораздо больше внимания уделялось и продолжает уделяться проблеме использования этанола, полученного из различного сельскохозяйственного сырья, в частности, путем ферментации кукурузы (в США), сахарного тростника (в Бразилии) или биопревращения различных других сельскохозяйственных материалов. Производство и использование биоэтанола в качестве моторного топлива, и хотя в некоторых странах (например, в Бразилии и США) оно нашло практическое применение, биоэтанол может покрыть небольшую долю наших потребностей в моторном топливе.

Метанол и этанол – это химически родственные соединения (один является одноуглеродным, а другой – двухуглеродным спиртом). Брожением сельскохозяйственных или природных продуктов можно получить оба спирта, в том числе «древесный спирт» (т.е. метанол), используя в качестве сырья целлюлозу (прежде всего древесину). Однако в наши дни метанол получают главным образом путем синтеза. В промышленности этанол производят

гидратацией этилена. Этанол можно также получать брожением, но если этиловый спирт служит основой возобновляемого, неископаемого топлива, то для выращивания сахарного тростника, кукурузы или пшеницы необходимо отводить огромные сельскохозяйственные угодья. Кроме того, на производство биоэтанола требуются большие энергетические затраты, а в настоящее время большую часть необходимой энергии приходится извлекать из ископаемого топлива. Следовательно, главное различие между биоэтанолом и метанолом заключается в том, что производство метанола не привязано к сельскому хозяйству или к ископаемому топливу, запасы которого ограниченны.

Между тем при реализации концепции метанольной экономики метанол можно эффективно получать прямой окислительной конверсией доступного пока природного газа (метана) или гидрированием СО

, который содержится в отходящих газах

электростанций, работающих на сжигании горючих ископаемых. В будущем метанол можно будет получать с помощью химической конверсии атмосферного СО

, используя водород, произведенный

электролизом воды. Для электролиза воды пригодна любая форма энергии, в частности, альтернативная энергия топлива из неископаемого сырья и атомная энергия. Таким способом человечество может получать метанол путем химической утилизации СО

из воздуха, который доступен и вместе с водой составляет

неистощимые ресурсы нашей Земли.

Группа, возглавляемая лауреатом Нобелевской премии профессором Джорджем Ола, уже давно занимается исследованием различных новых аспектов химии метанола. Эти работы начались еще в 1970-е годы с изучения селективного окисления метана в метанол (под действием сверхкислот) и конверсии метанола в более тяжелые углеводороды. В 1980-е годы было обнаружено, что в присутствии бифункциональных катализаторов протекает кислотно-основная конверсия метанола или диметилового эфира в этилен, а в некоторых условиях и в пропилен, и эти олефины превращаются как в алифатические углеводороды с интервалом кипения бензиновых фракций, так и в ароматические углеводороды. Эти исследования проводились независимо от работ по каталитическим превращениям на цеолитах в компаниях Mobil (теперь ExxonMobil) и UOP, в центре внимания которых находилось превращение метанола, полученного из синтез-газа, в углеводороды.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 166 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]