В россии создали уникальные мини-заводы, производящие дешёвую синтетическую нефть из углей

Твердое и газообразное топливоправить править код

В некоторых странах третьего мира дрова и древесный уголь до сих пор являются основным топливом, доступным населению для отопления и приготовления пищи (так живёт около половины мирового населения) . Это во многих случаях приводит к вырубке лесомассивов, что в свою очередь приводит к опустыниванию и эрозии почвы. Одним из способов уменьшения зависимости населения от источников древесины является внедрение технологии брикетирования отходов сельского хозяйства или бытового мусора в топливные брикеты. Такие брикеты получают прессованием кашицы, полученной смешиванием отходов с водой на несложном рычажном прессе с последующей сушкой. Такая технология, однако, очень трудоемка и предполагает наличие источника дешевой рабочей силы. Менее примитивным вариантом получения брикетов является использование для этого гидравлических прессовальных машин.

Некоторые газообразные топлива можно считать вариантами синтетического топлива, хотя такое определение может быть спорным, поскольку двигатели, использующие такое топливо, нуждаются в серьёзной модификации. Одним из широко обсуждаемых вариантов уменьшения вклада автотранспортных средств в накопление углекислоты в атмосфере считается использование водорода в качестве топлива. Водородные двигатели не загрязняют окружающую среду и выделяют только водяной пар. В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую. Поскольку водород получают либо методами, требующими большого расхода электроэнергии, либо окислением углеводородных топлив, экологические и, тем более, экономические преимущества такого топлива весьма спорны.

Полная статья Водородная энергетика.

Диметиловый эфирправить | править код

Диметиловый эфир получают дегидратацией метанола при 300—400 °C и 2—3 МПа в присутствии гетерогенных катализаторов — алюмосиликатов. Степень превращения метанола в диметиловый эфир — 60 %, в цеолиты — почти 100 %. Диметиловый эфир — экологически чистое топливо без содержания серы, а выброс оксидов азота в выхлопных газах — на 90 % меньше, чем у бензина. Цетановое число диметилового дизеля более 55, при том что у классического нефтяного — от 38 до 53. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка систем питания (установка газобаллонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя. Без переделки возможно применение на автомобилях с LPG-двигателями при 30 % содержании метанола в топливе.

Теплота сгорания ДМЭ около 30 МДж/кг, у классических нефтяных топлив — около 42 МДж/кг. Одна из особенностей применения ДМЭ — его более высокая окисляющая способность (благодаря содержанию кислорода), чем у классического топлива.

В июле 2006 года Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) (Китай) приняла стандарт использования диметилового эфира в качестве топлива. Китайское правительство будет поддерживать развитие диметилового эфира, как возможную альтернативу дизельному топливу. В ближайшие 5 лет Китай планирует производить 5-10 млн тонн диметилового эфира в год.

Автомобили с двигателями, работающими на диметиловом эфире, разрабатывают KAMAZ, Volvo, Nissan и китайская компания Shanghai Automotive.

Получение бензина путем газификации

Данный способ, изобретенный немецкими учеными Ф. Фишером и Г. Тропшем, предусматривает производство ДТ и бензина путем подготовительной газификации угольного сырья. Это происходит в большой емкости – реакторе при температуре до 350 °С и давлении меньше 30 Бар. Хотя здесь условия и не достаточно жёсткие, как при гидрогенизации, но реализовать их совсем не легче. Например, потому что сквозь слой угля необходимо под большим давлением продувать перегретый водяной пар, а это значит, не обойтись без мощного парового котла.

После газификации на выходе из реактора возникнет Другими словами синтез-газ, который состоит из водорода и обычного угарного газа (СО). Кстати, сингаз можно прямо использовать в качестве газообразного топлива без последующей переработки.

Полученные газы поступают во второй реактор, где и происходит заключительная переработка угля в жидкое горючее. Там же размещаются вещества – катализаторы. В промышленности для этой цели могут использоваться неодинаковые соединения, но любое из них первым делом имеет железо, никель или кобальт. Не вдаваясь в тонкости химии, отметим, что на выходе из второго реактора выходит горючее, которое обязано еще пройти процедуру крекинга. Иначе говоря разделение на бензин и дизельное топливо из угля.

Побочными продуктами реакции являются неодинаковые вещества и парафин. Среди выделяющихся летучих веществ самая львиная доля приходится на углекислый газ, что считается большой проблемой производства горючего подобным методом. Также довольно быстро теряет активность катализатор, вследствие этого его постоянно требуется оновлять. Эти моменты, да еще ряд не очень важных причин, приводят к высокой себестоимости продукта. При цене на нефть 50 долларов за баррель производство бензина из угля способом Фишера – Тропша считается нерентабельным.

Есть и иной вариант газификации углей – термический. Он схож с эпизодом пиролиза, так как делается нагревом сырья в емкости с наружной стороны и при отсутствии кислорода. Иное дело, что разложение твёрдого топлива на газы происходит при температуре 1200 °С, а чтобы это сделать понадобится особенное оборудование. Хорошая сторона термического способа состоит в том, что часть пиролизных газов направляется на подогрев начального сырья, а остальная – на синтез бензина. Вследствие этого становятся меньше затраты на источники энергии, так как уголь во время разложения может обогревать себя сам.

Для справки. В сети интернет можно найти описание разных установок, благодаря которым можно получить бензин из природного газа дома. Вначале он конвертируется в синтез-газ, а после перерабатывается в жидкое горючее. Если даже считать, что эти самодельные аппараты работоспособны, провести газификацию угля гораздо сложнее.

Жидкое топливо из газов

Трудно представить, что из таких простых веществ как угарный газ (то-есть окись углерода) и водород, можно получить сложные органические соединения, самые разнообразные сорта жидкого топлива.

Для получения жидкого топлива нужно иметь смесь этих газов, в которой на каждую часть окиси углерода приходилось бы две части водорода. Такую смесь получают в специальных аппаратах — газогенераторах. Через слой раскаленного кокса продувают смесь водяного пара и воздуха. Кислород воздуха, соединяясь с углеродом, образует угарный газ. Этот процесс называют газификацией угля. При разложении молекул воды выделяется водород. Смесь водорода и угарного газа направляют в холодильники. Отсюда так называемый водяной газ идет в реактор. При температуре 200° под воздействием наиболее активных катализаторов — кобальта или никеля — окись углерода и водород вступают в химическое соединение. Из большого числа легких газовых молекул образуются сложные тяжелые вещества.

Катализаторы не только способствуют образованию простых соединений углерода и водорода, но и влияют на дальнейшее усложнение — полимеризацию молекул: углеродные атомы соединяются в цепи, кольца, обрастают атомами водорода. Заново возникают самые разнообразные углеводороды — от легких газов (начиная от метана) до твердых, высокоплавких парафинов, содержащих в каждой молекуле до 100 атомов углерода. Примерно 60% первоначально взятой газовой смеси переходит в жидкое топливо. Это и есть искусственно приготовленная нефть, мало чем отличающаяся от обычной, природной нефти.

Войдем в цех, где происходит синтез горючего. Железные аппараты окружены сложными переплетениями толстых труб. В цехе тихо и безлюдно. Специальные приборы автоматически управляют процессом, сами записывают температуру и давление. Интересно, что процесс образования жидкого топлива идет при обычном атмосферном ‘давлении и температуре всего около 200°. При синтезе топлива из газов не нужна дорогостоящая аппаратура для создания больших давлений и температур. Это выгодно отличает синтез от гидрогенизации угля.

Советская промышленность выпускает сейчас сотни тысяч дизельных моторов, работающих на смесях из высококипящего тяжелого нефтяного топлива.

Все больше становится могучих 25-тонных грузовиков — самосвалов, кораблей-теплоходов, экскаваторов и других машин, на которых установлены дизели. Увеличивается автомобильный и тракторный парк.

Непрерывно растет и производство искусственного дизельного топлива.

Так химики управляют процессами, получая топливо нужного сорта.

Преимущества этого способа открывают ему большие перспективы. Жидкое топливо может быть получено из любого, даже самого низкосортного бурого угля.

Предварительная газификация топлива делает возможным получение бензина из горючих сланцев и даже торфа, не говоря уже об использовании для этой цели природного газа. В 1951 — 1955 годах строятся новые заводы для производства синтетического жидкого топлива из каменного угля, сланцев и торфа. Только в Эстонской ССР на базе местных сланцев выпуск такого топлива за пятилетку увеличится на 80%.

С.Гущев Рис. Б, Дашкова и А.Катковского журнал «Техника — молодежи» №7, 1954 год

Разрабатывая такой продукт — бездымное топливо — какие задачи вы ставили перед собой? Зачем оно нужно? Повысить потребительские свойства угля?

Сергей Исламов: Главное потребительское свойство здесь — это минимизация вредных выбросов при сжигании в бытовых печах. Если говорить о твердом топливе, то эта цель достигается только при максимально возможном повышении содержания углерода в топливе. Необходимо исключить попадание в печное устройство смолистых веществ, изначально содержащихся в угле, пусть даже в небольших количествах. О том, как и за счет чего это происходит, я уже рассказал.

Крайне важно провести понимать разницу между промышленным способом сжигания угля в котлах электростанций и сжиганием угля в бытовых печах. Что мы имеем на станциях? Высокая температура в топке и избыток воздуха, которые обеспечивают полное сгорание смолистых компонентов угля

Очистные сооружения — современные электрофильтры и высокие трубы, которые обеспечивают отвод дымовых газов за пределы уровня потребления воздуха человеком. И возьмем частные дома, в которых отсутствуют какие-либо очистные устройства, а низкие трубы не позволяют вывести продукты сгорания за пределы сферы дыхания человека. Кроме того, подавляющее большинство печей в частном секторе имеют примитивную конструкцию, разработанную в прошлые века, когда никто даже не задумывался об экологической чистоте выбросов.

В этих условиях единственным решением по радикальному снижению вредных выбросов в частном секторе является переход на топливо с повышенными экологическими показателями. Точно так же, как и в решении проблемы выбросов от автомобилей: быстро заменить все старые автомобили на современные невозможно, но можно их обеспечить современным экологичным топливом!

Процесс гидрогенизации

Для успешного проведения процесса и получения до 800 кг топлива на жидкой основе из 1 т сырья берут бурый или каменный уголь. Главное условие хорошего достижения результата – наличие в углях 35% летучих веществ. Перед переработкой их перемалывают, измельчая до пылевидной фракции, а после сушат. После угольную фракцию перемешивают с мазутом или тяжёлыми маслами, чтобы вышло сырье в виде пасты.

Во время протекания процесса деструктивной гидрогенизации методика предусматривает прямое добавление недостающего водорода в уголь.

Для этого сырье помещают в специальный автоклав и выполняют его нагрев. При этом давление внутри сосуда достигает 200 Бар, а температура – 500 °С. Более того, в зоне химреакции должны находиться вещества — катализаторы и растворители. По данной методике получение бензина из угля проходит внутри автоклава в 2 стадии:

• жидкофазная;
• парофазная.

В сосуде под большим давлением и при высокой температуре протекает несколько сложных хим. реакций. Чтобы не загружать рассказ оригинальными терминами, объясним простыми словами: в автоклаве происходит множество угля водородом и распад сложных органических соединений на простые. В результате после операций чистки на выходе приобретаем искусственное дизтопливо или бензин. Это зависит от условий протекания процесса и степени трансформации угольно-масляной смеси. Но выходу горючего из установки предшествует еще ряд операций:

• центрифугирование;
• полукоксование;
• дистилляция.

Как вы успели заметить, наладить столь трудное производство собственными руками не представляется возможным. Главная затрудненность – оборудование, вряд ли удастся такое создать своими руками. Взять хотя бы автоклав, где давление больше, чем в кислородных баллонах. Да и в общем подобное производство представляет взрывопожарную опасность.

Простые эфиры

Эфиры — бесцветные, подвижные, легкокипящие жидкости с характерным запахом. Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) в настоящее время считается самым перспективным антидетонатором. В России его разрешено добавлять в автомобильные топлива в количестве до 15%. Ограничения вызваны особенностями эксплуатационных характеристик: относительно низкой теплотой сгорания и высокой агрессивностью по отношению к резинам. Согласно результатам дорожных испытаний, неэтилированные бензины, содержащие 7-8% МТБЭ, превосходят этилированные бензины при всех скоростях движения. Добавка 10% МТБЭ в бензин повышает октановое число по исследовательскому методу на 2,1—5,9 единиц, а 20% — на 4,6—12,6 единиц, в связи с чем он эффективнее таких известных добавок, как алкилбензин и метанол. Использование топлива с метил-трет-бутиловым эфиром несколько улучшает мощность и экономические показатели двигателя. МТБЭ представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с резким запахом. Температура кипения составляет 54—55°С, плотность 0,74 г/см3. Октановое число по этому методу составляет 115—135 пунктов. Мировое производство МТБЭ исчисляется десятками миллионов тонн в год.

В качестве потенциальных антидетонаторов возможно применение этил-трет-бутилового эфира, трет-амилметилового эфира, а также простых метиловых эфиров, полученных из олефинов С₆-С₇.

Свойства некоторых эфиров.

Эфир	Формула	ОЧИМ	ОЧММ	ОЧср	Ткип, °С
МТБЭ	CH3-O-C(CH3)3	118	110	114	55
ЭТБЭ	C2H5-O-C(CH3)3	118	102	110	70
МТАЭ	CH3-O-C(CH3)2C2H5	111	98	104,5	87
ДИПЭ	(CH3)2CH-O-CH(CH3)2	110	99	104,5	69

Для получения бензинов АИ-95 и АИ-98 обычно используют добавки МТБЭ или его смесь с трет-бутиловым спиртом, которая называется Фэтэрол — торговое название Октан-115. Недостатком таких кислородсодержащих компонентов является улетучивание эфиров в жаркую погоду, что ведёт к понижению октанового числа.

Изготовление древесного угля в домашних условиях

Информация о домашнем углежжении интересна тем людям, кто занимается ковкой металла с небольших мастерских. Такое чистое биотопливо, как древесный уголь, издавна считается самым лучшим для работы кузнечного горна. Ну и о том, как хорош уголь для шашлыков и барбекю, давно известно всем, только покупать его в магазине выходит дороговато. Исходя из того, что оборудование для производства древесного угля отличается сложностью, дороговизной и громоздкостью, предложим два давно проверенных домашними умельцами способа:

• выжигание угля в бочке;
• углежжение в яме.

Способ изготовления угля в бочке, как и в яме, предполагает тот же технологический процесс пиролиза в замкнутом пространстве при недостатке кислорода. Только в подобных условиях продукт получается не столь чистым по вполне понятным причинам. Большую роль играет и сноровка исполнителя, первые 2—3 порции могут просто выгореть (что случается чаще) или, наоборот, недожечься. Но все приходит с опытом.

Способ углежжения в бочке считается более удобным и технологичным. Итак, чтобы сделать древесный уголь самому, нужна собственно сама металлическая бочка емкостью 200 л, да еще старый пылесос. Подойдет любая другая цилиндрическая емкость из металла, желательно с толстыми стенками, она прослужит дольше. В самом низу емкости просверливают отверстие и врезают штуцер. К нему присоединяется шланг от пылесоса, это будет подача первичного воздуха в зону горения.

Немаловажно подыскать для бочки герметичную крышку. Если таковой нет, надо приспособить для этой цели лист металла, асбестоцемента или другого материала

Еще потребуется длинная стальная кочерга для шуровки дров. Касательно последних, стоит отметить один важный момент. Поскольку в домашних условиях древесный уголь делают подручными средствами, то технология не всегда соблюдается, но вот выдержать невысокую влажность дров – обязательно.

С дерева снимают кору (она сильно дымит, а угля дает крайне мало) и пилят на чурки длиной до 40 см, чтобы их плотно укладывать в бочку. Затем на ее дне разводят небольшой огонь и включают пылесос, иначе костерок начнет сильно дымить.

По мере того как дрова будут разгораться, надо подкладывать очередную порцию. Следует отметить, что производство древесного угля таким способом – процесс тонкий, тут надо верно уловить момент, когда сырье хорошо разгорелось, но не дать ему прогореть до золы, а добавлять новую древесину. При необходимости можно на время отключать пылесос, а при загрузке более половины емкости трубу подачи воздуха лучше вставить сверху.

Когда бочка заполнена, то она накрывается крышкой, пылесос отключается, а штуцер закрывается заглушкой. Теперь надо выждать, пока процессы внутри закрытого сосуда не закончатся, открывать крышку можно лишь после полного остывания стенок емкости. Удобство бочки в том, что ее можно просто перевернуть и спокойно рассортировать полученный продукт. Часть древесины останется недожженной, но это не беда, она пойдет на следующую загрузку. Остальной уголь просеивают и складывают в мешки.

Определение термина синтетическое топливо код

Термин «синтетическое топливо» имеет несколько различных значений и может включать в себя различные виды топлива. Традиционное определение, установленное «Международным энергетическим агентством», определяет «синтетическое топливо» как любое жидкое топливо, полученное из угля или природного газа. Энергетическая информационная ассоциация США определяет синтетическое топливо в своем ежегодном отчете за 2006 год как топливо, полученное из угля, природного газа, биомассы или корма для животных путем химической конверсии в синтетическое масло и / или синтетические жидкие продукты. Многочисленные определения синтетического топлива включают топливо, произведенное из биомассы, а также из промышленныx и коммунальныx отходов. С одной стороны, «синтетическoe» означает, что топливо производится искусственно. В отличие от синтетического обычное топливо обычно получают разделением сырой нефти на отдельные фракции (перегонка, ректификация и т. д.) без химического модифицирования компонентов. Однако различные химические процессы также могут быть использованы при производстве и традиционного топлива. Под понятием «синтетическое» можно подчеркнуть, с другой стороны, что топливо было произведено химическими процессами синтеза то есть производством соединений более высокого уровня из нескольких низших соединений. Это определение относится, в частности, к топливам XtL, в которых сырье сначала разлагается в синтез-газ низших соединений (H 2, CO и т. д.) с целью получения высших углеводородов (синтез Фишера-Тропша ). Однако, даже с обычными видами топлива химические процессы могут быть частью производственного процесса. Например, углеводороды со слишком длинной углеродной цепью путем так называемого крекинга могут быть разбиты на продукты с более короткой цепью, такие как те, которые содержатся в бензине или дизельном топливе. В результате, в зависимости от определения, может оказаться невозможным четко отличить традиционное от синтетического топлива. Хотя точного определения не существует термин «синтетическое топливо» обычно ограничен топливом XtL. Разница между синтетическим и альтернативным топливом заключается в методике применения топлива. То есть альтернативное топливо может требовать более серьезной модификации двигателя или топливной системы или даже использования двигателя нетрадиционного типа (например парового).

Каменный уголь

Переработка этого вида сырья производится по трем направлениям: гидрирование, коксование и неполное сгорание. Каждый из этих видов предполагает использование особого технологического процесса.

Коксование подразумевает нахождение сырья в при температуре 1000-1200 о С, где отсутствует доступ кислорода. Этот процесс позволяет осуществлять сложнейшие химические превращения, результатом которых будет образование кокса и летучих продуктов. Первый в остывшем состоянии отправляется на предприятия металлургии. Летучие продукты охлаждаются, после чего получаются и каменноугольная смола. Остается еще много несконденсированных веществ. Если говорить о том, почему нефть лучше угля, то следует отметить, что из первого вида сырья получается гораздо больше готовых продуктов. Каждое из веществ направляется на определенное производство.

На данный момент осуществляется даже производство нефти из угля, что позволяет получить гораздо больше ценного топлива.

Каменный уголь появился на планете Земля около 360 миллионов лет назад. Данный отрезок нашей истории ученые именовали Карбоном или Каменноугольным периодом. В это же время фиксируется и появление первых наземных рептилий, первых крупных растений. Погибшие животные и растения разлагались, а колоссальное количество кислорода активно способствовало ускорению этого процесса. Сейчас на нашей планете присутствует лишь 20% кислорода, а в то время животные дышали полной грудью, ведь количество кислорода в атмосфере Карбона достигал 50%. Именно такому количеству кислорода мы обязаны современным богатством угольных залежей в недрах Земли.Но уголь — это еще не все. Вследствие различных видов переработки из угля получают огромное количество разнообразных полезных веществ и продуктов. Что делают из угля? Именно об этом мы поговорим в данной статье.

Оглянитесь вокруг: что можно сделать из нефти

Очень многие из окружающих нас предметов в большей или меньшей степени состоит из нефти. Одежда, зубная щетка, телевизор, электрический чайник, светильник, посуда, игрушки, и многие другие предметы, которые мы используем в быту состоят из пластмассы, а, следовательно, являются результатом деятельности химической промышленности с применением нефти.

На протяжении тысячелетий люди изучали природные ископаемые и пытались извлекать из них полезные качества. Исследовав структуру нефти, химики выяснили, что можно из нее можно делать много полезных продуктов, и теперь быт человека окружает множество предметов, вещей и средств, которые изготовлены именно из черного золота. Под определенным давлением и температурой происходит удаление из нефти различных ненужных примесей и создаются чистые нефтепродукты.

Предметы из нефти, которые нас окружают:

• Топливо;
• Пластмасса;
• Полиэтилен и пластик;
• Синтетика;
• Косметические средства;
• Медицинские препараты;
• Предметы быта и обихода.

Практически невозможно перечислить все продукты, которые производятся на основе нефти. Общее количество можно определить цифрой в пределах 6000 таких изделий.

Технология производства

Уголь из древесины в больших объемах потребляют предприятия металлургии, где он применяется для производства сплавов высокой степени чистоты, а также для насыщения металла углеродом, в результате чего повышаются его физические свойства.

В химической отрасли данный продукт используется при изготовлении стекла, различных пластмасс и даже красок. Не обошел уголь стороной и пищевую промышленность, в продуктах питания он часто выступает натуральным красителем, что отображается на их упаковке под кодом Е153.

Такой значительный спрос требует соответствующих объемов производства, поэтому печи для древесного угля, как правило, размещают вблизи либо на территории деревообрабатывающих предприятий. Это понятно, ведь там в большом количестве имеются крупные отходы дерева самых разных пород, что служат сырьем для углежжения.

Если пояснять простыми словами, то технология производства древесного угля призвана решить задачу по получению из древесины углерода как можно более высокой степени чистоты. Для этого все остальные органические и неорганические вещества нужно удалить, что достигается с помощью реакции пиролиза. Ее суть заключается в выделении из сырья всех лишних соединений методом термического разложения при недостаточном количестве кислорода. Но пойдем по порядку.

Всего этапов производственного процесса – четыре (не считая предварительной подготовки сырья):

• сушка при температуре до 150 ºС. Процесс пиролиза, проходящий при более высоких температурах, требует минимального количества влаги в сырье;
• пиролиз, проходящий при температуре 150—350 ºС и недостатке кислорода. Происходит термическое разложение веществ и начинает образовываться уголь. Выделяются пиролизные газы;
• горение (прокалка) при нагреве до 500—550 ºС. На данном этапе из угля выделяются смолы и остатки веществ в виде газов;
• восстановление (охлаждение).

По сути, установка для производства угля представляет собой печь, где протекают все вышеописанные реакции. Ниже на рисунке представлена схема технологического процесса: