Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Параллельное сравнение синтетического топлива FT и обычного топлива. Синтетическое топливо очень прозрачное из-за почти полного отсутствия серы и ароматических углеводородов.

Синтетическое топливо или синтопливо представляет собой жидкое топливо или иногда газообразное топливо , полученное из синтез-газа , смеси монооксида углерода и водорода , в котором синтез-газ был получен в результате газификации твердого сырья, такого как уголь или биомасса, или путем реформинга природного газа .

Обычные способы для переработки синтетических топлив включают преобразование Фишера-Тропша , [1] метанола к конверсии бензина , [2] или прямого сжижения угля . [3]

По состоянию на июль 2019 года мировая производственная мощность промышленного синтетического топлива составляла более 240 000 баррелей в день (38 000 м 3 / сут), при этом в стадии строительства или развития находились многочисленные новые проекты, такие как Carbon Engineering . [ необходима цитата ]

Классификация и принципы [ править ]

Термин «синтетическое топливо» или «синтетическое топливо» имеет несколько разных значений и может включать разные типы топлива. Более традиционные определения, такие как определение, данное Международным энергетическим агентством , определяют «синтетическое топливо» или «синтетическое топливо» как любое жидкое топливо, полученное из угля или природного газа. В своем Annual Energy Outlook 2006 Управление энергетической информации определяет синтетическое топливо как топливо, произведенное из угля, природного газа или сырья биомассы путем химического преобразования в синтетическую сырую нефть и / или синтетические жидкие продукты. [4] Некоторые определения синтетического топлива включают топливо, произведенное из биомассы, а также промышленных и городских отходов.[5] [6][7] Определение синтетического топлива также допускает использование нефтеносных песков и горючих сланцев в качестве источников синтетического топлива, и в дополнение к жидким топливам синтезированное газообразное топливо также считается синтетическим топливом: [8] [9] в его «Справочнике по синтетическому топливу» Нефтехимик Джеймс Г. Спейт включил жидкое и газообразное топливо, а также чистое твердое топливо, полученное путем переработки угля, горючего сланца или битуминозных песков, а также различных форм биомассы, хотя он признает, что в контексте заменителей топлива на основе нефти это имеет еще более широкое значение. [9] В зависимости от контекстатакже могут быть включены метанол , этанол и водород . [10][11]

Синтетическое топливо производится путем химического преобразования . [9] Методами преобразования могут быть прямое преобразование в жидкое транспортное топливо или косвенное преобразование, при котором исходное вещество сначала превращается в синтез-газ, который затем проходит дополнительный процесс преобразования, чтобы стать жидким топливом. [4] Основные методы конверсии включают карбонизацию и пиролиз , гидрирование и термическое растворение . [12]

История [ править ]

Руины немецкого завода по производству синтетического бензина ( Hydrierwerke Pölitz AG ) в полиции, Польша
Смотрите также: Нефтяная кампания Второй мировой войны и Программа синтетического жидкого топлива

Прямое преобразование угля в синтетическое топливо было первоначально разработано в Германии. [13] Процесс Бергиуса был разработан Фридрихом Бергиусом , в результате чего в 1913 году был получен патент. Карл Гольдшмидт пригласил его построить промышленный завод на его заводе Th. Goldschmidt AG (теперь известная как Evonik Industries ) в 1914 году. [14] Производство началось в 1919 году. [15] [ необходима ссылка ]

Непрямая конверсия угля (когда уголь газифицируется, а затем превращается в синтетическое топливо) также была разработана в Германии Францем Фишером и Гансом Тропшем в 1923 году. [13] Во время Второй мировой войны Германия использовала производство синтетической нефти ( нем . Kohleverflüssigung ) для производства заменителя. ( Ersatz ) нефтепродукты с использованием процесса Бергиуса (из угля), процесса Фишера – Тропша ( водяной газ ) и других методов ( Zeitz использовал процессы TTH и MTH). [16] [17] В 1931 году британцыДепартамент научных и промышленных исследований, расположенный в Гринвиче , Англия, создал небольшую установку, где водородный газ смешивался с углем при чрезвычайно высоком давлении для получения синтетического топлива. [18]

Заводы Bergius были основным источником нацистской Германии авиационного бензина высокого качества, синтетического масла, синтетического каучука , синтетического метанола , синтетического аммиака и азотной кислоты . Почти треть продукции Bergius производилась заводами в Pölitz ( польский : Police ) и Leuna , еще 1/3 - на пяти других заводах (в Людвигсхафене был гораздо меньший завод Bergius [19], который улучшал «качество бензина путем дегидрирования», используя процесс DHD). [17]

Марки синтетического топлива включали «топливо TL [реактивное] », «авиационный бензин высшего качества», «авиационный базовый бензин» и «бензин - среднее масло»; [17] и «генераторный газ» и дизельное топливо также были синтезированы в качестве топлива (например, в переделанных бронированных танках использовался генераторный газ). [16] : 4, s2 К началу 1944 года производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 баррелей в день (19 700 м 3 / сут) на 25 заводах, [20] [ необходима проверка ], включая 10 в Рурской области . [21] : 239 В 1937 году четыре завода по производству лигнита в центральной Германии в Бёлене, Лойна, Магдебург / Ротензее и Цайтц, наряду с Рур Площадь битуминозного угля завода в Scholven / Buer , было произведено 4,8 млн баррелей (760 × 10 3  м 3 ) топлива. Четыре новых гидрогенизационных завода ( нем . Hydrierwerke ) были впоследствии построены в Ботроп- Вельхайм (где использовался «битумный каменноугольный пек»), [17] Гельзенкирхен (Нордштерн), Пёлитц и в Весселинге производительностью 200 000 тонн в год [17] . [22] Нордштерн и Пёлитц / Штеттин^ использовали битуминозный уголь, как и новые заводы Blechhammer . [17] Хейдебрек синтезировал пищевое масло, которое было испытано на заключенных концлагерей . [23] Специальный штаб Гейленберга использовал 350 000, в основном иностранных подневольных рабочих, для реконструкции подвергшихся бомбардировке заводов по производству синтетического масла, [21] : 210 224 и, в рамках программы экстренной децентрализации, для строительства 7 подземных гидрогенизирующих заводов для защиты от бомб (ни один не был завершен). (Планировщики отклонили более раннее такое предложение, потому что война должна была быть выиграна до того, как будут построены бункеры .) [19]В июле 1944 года подземный завод синтетических масел по проекту «Кукушка» (800 000 м 2 ) был «вырезан из Гиммельсбурга » к северу от Миттельверка , но к концу Второй мировой войны завод не был достроен. [16]

Непрямые технологии Фишера-Тропша (FT) были привезены в США после Второй мировой войны, и HRI спроектировала и построила завод мощностью 7000 баррелей в день (1100 м 3 / сут) в Браунсвилле, штат Техас . Установка представляет собой первое промышленное применение высокотемпературной конверсии Фишера-Тропша. Он работал с 1950 по 1955 год, когда был закрыт, когда цена на нефть упала из-за увеличения добычи и огромных открытий на Ближнем Востоке. [13]

В 1949 году Горное бюро США в Луизиане, штат Миссури, построило и эксплуатировало демонстрационный завод по переработке угля в бензин . [24] Установки прямой конверсии угля также были разработаны в США после Второй мировой войны, в том числе завод с 3 т / д в Лоуренсвилле, штат Нью-Джерси , и завод на 250-600 т / сутки в Катлетсбурге, Кентукки . [25]

В последующие десятилетия Южно-Африканская Республика создала государственную нефтяную компанию, в том числе крупное предприятие по производству синтетического топлива .

Процессы [ править ]

Многочисленные процессы, которые можно использовать для производства синтетического топлива, можно разделить на три категории: косвенные, прямые и биотопливные процессы. [ сомнительно - обсудить ]

Это список многих различных технологий, использованных в 2009 году для производства синтетического топлива. Обратите внимание, что, хотя этот список был составлен для технологий преобразования угля в жидкость, многие из тех же процессов можно также использовать с сырьем из биомассы или природного газа.

Косвенное преобразование [ править ]

Основная статья: Газ в жидкости

Косвенная конверсия имеет самое широкое распространение в мире, при этом мировая добыча составляет около 260 000 баррелей в день (41 000 м 3 / сут), и многие дополнительные проекты находятся в стадии активной разработки.

Косвенное преобразование в широком смысле относится к процессу, в котором биомасса, уголь или природный газ превращается в смесь водорода и монооксида углерода, известную как синтез-газ, посредством газификации или парового риформинга метана , и этот синтез-газ перерабатывается в жидкое транспортное топливо с использованием одного из ряд различных методов преобразования в зависимости от желаемого конечного продукта.

Основными технологиями производства синтетического топлива из синтез-газа являются синтез Фишера-Тропша и процесс Mobil (также известный как превращение метанола в бензин или MTG). В процессе Фишера-Тропша синтез-газ реагирует в присутствии катализатора, превращаясь в жидкие продукты (в первую очередь, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей ) и, возможно, парафины (в зависимости от используемого процесса FT).

Процесс производства синтетического топлива путем непрямого преобразования часто называют превращением угля в жидкости (CTL), газа в жидкости (GTL) или биомассы в жидкости (BTL), в зависимости от исходного сырья. По крайней мере, три проекта (Ohio River Clean Fuels, Illinois Clean Fuels и Rentech Natchez) объединяют уголь и сырье биомассы, создавая гибридное сырье синтетического топлива, известное как уголь и биомасса в жидкости (CBTL). [26]

Технологии процесса непрямого преобразования могут также использоваться для производства водорода, потенциально для использования в транспортных средствах на топливных элементах, либо в качестве побочного продукта, либо в качестве первичного продукта. [27]

Прямое преобразование [ править ]

Прямое преобразование относится к процессам, в которых сырье из угля или биомассы превращается непосредственно в промежуточные или конечные продукты, избегая преобразования в синтез-газ посредством газификации . Процессы прямого преобразования можно в общих чертах разделить на два разных метода: пиролиз и карбонизация и гидрирование. [ необходима цитата ]

Процессы гидрирования [ править ]

Смотрите также: процесс Бергиуса

Одним из основных методов прямого преобразования угля в жидкости путем гидрогенизации является процесс Бергиуса. [28] В этом процессе уголь сжижается путем нагревания в присутствии газообразного водорода (гидрогенизация). Сухой уголь смешивается с тяжелой нефтью, возвращаемой из процесса. В смесь обычно добавляют катализаторы . Реакция протекает при температуре от 400 ° C (752 ° F) до 500 ° C (932 ° F) и давлении водорода от 20 до 70  МПа . [29] Реакцию можно резюмировать следующим образом: [29]

После Первой мировой войны в Германии было построено несколько заводов; эти заводы широко использовались во время Второй мировой войны для снабжения Германии горюче-смазочными материалами. [30]

Процесс Kohleoel, разработанный в Германии компаниями Ruhrkohle и VEBA , был использован на демонстрационной установке производительностью 200 тонн лигнита в сутки, построенной в Ботропе , Германия. Эта установка работала с 1981 по 1987 год. В этом процессе уголь смешивается с рециркулирующим растворителем и железным катализатором. После предварительного нагрева и повышения давления добавляется H 2 . Процесс протекает в трубчатом реакторе при давлении 300 бар и температуре 470 ° C (880 ° F). [31] Этот процесс был также исследован SASOL в Южной Африке.

В 1970-1980-х годах японские компании Nippon Kokan , Sumitomo Metal Industries и Mitsubishi Heavy Industries разработали процесс NEDOL. В этом процессе смесь угля и рециркулируемого растворителя нагревается в присутствии катализатора на основе железа и H 2 . Реакция протекает в трубчатом реакторе при температуре от 430 ° C (810 ° F) до 465 ° C (870 ° F) и давлении 150-200 бар. Добываемая нефть имеет низкое качество и требует интенсивной переработки. [31] Процесс H-Coal, разработанный Hydrocarbon Research, Inc. в 1963 году, смешивает пылевидный уголь с рециркулируемыми жидкостями, водородом и катализатором в реакторе с кипящим слоем. Преимущества этого процесса заключаются в том, что растворение и облагораживание нефти происходят в одном реакторе, продукты имеют высокое соотношение H: C и быстрое время реакции, а основными недостатками являются высокий выход газа, высокое потребление водорода и ограничение использования масла. только как котельное масло из-за примесей. [32]

Процессы SRC-I и SRC-II (рафинированный уголь) были разработаны компанией Gulf Oil и реализованы в качестве пилотных установок в США в 1960-х и 1970-х годах. [31] Корпорация Nuclear Utility Services Corporation разработала процесс гидрогенизации, который был запатентован Уилбурном С. Шредером в 1976 году. В процессе использовался высушенный пылевидный уголь, смешанный с молибденовыми катализаторами, составляющими примерно 1 мас.% . [9] Гидрирование происходило с использованием синтез-газа высокой температуры и давления, производимого в отдельном газогенераторе. В конечном итоге в результате процесса был получен синтетический сырой продукт, нафта , ограниченное количество газа C 3 / C 4 , легкие и средние жидкости (C 5 -C 10) подходит для использования в качестве топлива, небольшое количество NH 3 и значительное количество CO 2 . [33] Другими одностадийными процессами гидрогенизации являются процесс с использованием донорного растворителя Exxon, процесс высокого давления Имхаузена и процесс Conoco с хлоридом цинка. [31]

Был разработан ряд двухстадийных процессов прямого ожижения. После 1980-х годов только двухступенчатый каталитический процесс сжижения, модифицированный из процесса H-угля; Процесс экстракции жидким растворителем компании British Coal ; и Японский процесс сжижения бурого угля. [31]

Корпорация Chevron разработала процесс, изобретенный Джоэлем В. Розенталем, названный процессом сжижения угля Chevron (CCLP). Он уникален благодаря тесному взаимодействию некаталитического диссольвера и каталитической установки гидрообработки . Полученная нефть имела уникальные свойства по сравнению с другими каменноугольными маслами; он был легче и содержал гораздо меньше примесей гетероатомов. Этот процесс был увеличен до уровня 6 тонн в день, но это не было коммерчески доказано.

Процессы пиролиза и карбонизации [ править ]

Смотрите также: процесс Каррика

Есть несколько различных процессов карбонизации. Преобразования карбонизации происходит через пиролиз или деструктивной перегонки , и она производит конденсироваться каменноугольной смолы , пары нефти и воды, неконденсируемых синтетический газ и твердый residue- полукокса . Конденсированная каменноугольная смола и нефть затем подвергаются дальнейшей гидрогенизации для удаления серы и азота , после чего их перерабатывают в топливо. [32]

Типичным примером карбонизации является процесс Каррика . Этот процесс был изобретен Льюисом Кэссом Карриком в 1920-х годах. Процесс Каррика - это процесс низкотемпературной карбонизации , при котором уголь нагревается при температуре от 680 ° F (360 ° C) до 1380 ° F (750 ° C) в отсутствие воздуха. Эти температуры оптимизируют производство каменноугольных смол, более богатых более легкими углеводородами, чем обычная каменноугольная смола. Однако производимые жидкости в основном являются побочным продуктом, а основным продуктом является полукокс, твердое и бездымное топливо. [34]

Процесс COED, разработанный FMC Corporation , использует псевдоожиженный слой для обработки в сочетании с повышением температуры через четыре стадии пиролиза. Тепло передается горячими газами, образующимися при сгорании части полученного полукокса. Модификация этого процесса, COGAS Process, включает добавление газификации полукокса. [32] Процесс TOSCOAL, аналог процесса ретортации сланца TOSCO II и процесса Lurgi-Ruhrgas , который также используется для добычи сланцевого масла , использует горячие рециркулируемые твердые частицы для передачи тепла. [32]

Выходы жидкости при пиролизе и процессах Каррика обычно низкие для практического использования для производства синтетического жидкого топлива. [34] Кроме того, получаемые жидкости низкого качества и требуют дополнительной обработки, прежде чем их можно будет использовать в качестве моторного топлива. Таким образом, вероятность того, что в результате этого процесса будут получены рентабельные объемы жидкого топлива, мала. [34]

Процессы производства биотоплива [ править ]

Одним из примеров процесса производства синтетического топлива на основе биотоплива является гидроочищенное возобновляемое реактивное топливо (HRJ). В настоящее время разрабатывается ряд вариантов этих процессов, и начинается процесс испытаний и сертификации авиационного топлива HRJ. [35] [36]

Компания UOP разрабатывает два таких процесса . В одном используется твердое сырье из биомассы, в другом - биомасло и жиры. В процессе с использованием твердых источников биомассы второго поколения, таких как просо или древесная биомасса, используется пиролиз для производства биомасла, которое затем каталитически стабилизируется и деоксигенируется для производства топлива для реактивных двигателей. Процесс с использованием натуральных масел и жиров проходит через процесс деоксигенации, за которым следует гидрокрекинг и изомеризация для производства возобновляемого синтетического парафинового керосинового топлива для реактивных двигателей. [37]

Обработка нефтеносного песка и горючего сланца [ править ]

Смотрите также: Синтетическая нефть и добыча сланцевой нефти

Синтетическая нефть также может быть получена путем обогащения битума (смолистого вещества, обнаруженного в нефтеносных песках ) или синтеза жидких углеводородов из горючего сланца. Существует ряд процессов извлечения сланцевого масла (синтетической сырой нефти) из горючего сланца путем пиролиза, гидрирования или термического растворения. [12] [38]

Коммерциализация [ править ]

Основная статья: Коммерциализация синтетического топлива

Производственная мощность заводов по производству коммерческого синтетического топлива по всему миру составляет более 240 000 баррелей в день (38 000 м 3 / сут), включая заводы Фишера-Тропша непрямого преобразования в Южной Африке ( Mossgas , Secunda CTL ), Катаре { Oryx GTL } и Малайзии (Shell Bintulu). и завод по переработке метанола в бензин в Новой Зеландии. [4] [39]

Sasol , компания, базирующаяся в Южной Африке, управляет единственным в мире коммерческим предприятием по переработке угля в жидкие углеводороды Фишера-Тропша в Секунде производительностью 150 000 баррелей в сутки (24 000 м 3 / сут). [40]

Экономика [ править ]

Экономика производства синтетического топлива сильно различается в зависимости от используемого сырья, точного применяемого процесса, характеристик объекта, таких как затраты на сырье и транспортировку, а также стоимости дополнительного оборудования, необходимого для контроля выбросов. Примеры, описанные ниже, указывают на широкий диапазон производственных затрат от 20 долларов на баррель для крупномасштабного перехода газа в жидкую фазу до 240 долларов на баррель для мелкомасштабного преобразования биомассы в жидкости + улавливание и связывание углерода. [26]

Чтобы быть экономически жизнеспособными, проекты должны работать намного лучше, чем просто конкурировать с нефтью. Они также должны обеспечивать достаточную окупаемость инвестиций, чтобы оправдать капиталовложения в проект. [26]

CTL / CBTL / BTL экономика [ править ]

Согласно исследованию, проведенному в декабре 2007 года, средняя (30 000 баррелей в сутки) установка по переработке угля в жидкие углеводороды (CTL), расположенная в США и использующая битуминозный уголь, будет конкурентоспособна с нефтью примерно до 52–56 долларов за баррель в эквиваленте сырой нефти . Ожидалось, что добавление к проекту улавливания и секвестрации углерода приведет к добавлению дополнительных 10 долларов за баррель к требуемой цене продажи, хотя это может быть компенсировано доходами от увеличения нефтеотдачи , налоговыми льготами или возможной продажей углеродных кредитов. [41]

В недавнем исследовании NETL изучалась относительная экономичность ряда различных конфигураций процессов для производства непрямого топлива FT с использованием биомассы, угля и CCS. [26] В этом исследовании была определена цена, при которой завод не только был бы прибыльным, но и приносил бы достаточный доход, чтобы получить 20% -ный доход от инвестиций в акционерный капитал, необходимых для строительства завода.

В этой главе подробно описывается анализ, позволяющий определить требуемую отпускную цену (RSP) производимого дизельного топлива FT с целью определения экономической целесообразности и относительной конкурентоспособности различных вариантов установки. Был проведен анализ чувствительности, чтобы определить, как правила контроля выбросов углерода, такие как схема торговли выбросами для транспортного топлива, повлияют на цену как дизельного топлива, полученного из нефти, так и дизельного топлива FT с разных заводов. Основные выводы этого анализа: (1) заводы CTL, оборудованные CCS, конкурентоспособны при ценах на сырую нефть всего в 86 долларов за баррель и имеют меньше выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла, чем дизельное топливо, полученное из нефти. Эти заводы становятся более экономически конкурентоспособными по мере роста цен на углерод. (2) Дополнительные затраты на добавление простого CCS очень низкие (7 центов за галлон), поскольку CO
2захват - неотъемлемая часть процесса FT. Это становится экономически предпочтительным вариантом при ценах на углерод выше 5 долларов США за тонну CO.
2уравнение 27 (3) Системы BTL затруднены из-за ограниченной доступности биомассы, которая влияет на максимальный размер завода, тем самым ограничивая потенциальную экономию от масштаба. В сочетании с относительно высокими затратами на биомассу цены на дизельное топливо FT вдвое превышают цены на другие конфигурации: от 6,45 до 6,96 долларов за галлон по сравнению с 2,56-2,82 доллара за галлон для систем CTL и 15% масс. CBTL, оснащенных CCS.

На основании этих результатов был сделан вывод, что как CTL с CCS, так и CBTL от 8% до 15% масс. С конфигурациями CCS могут предложить наиболее прагматичные решения дилеммы национальной энергетической стратегии: значительное сокращение выбросов парниковых газов (от 5% до 33%). ниже нефтяного базового уровня) на дизельных RSP, которые только вдвое меньше, чем варианты BTL (от 2,56 до 2,82 долларов за галлон по сравнению с 6,45 до 6,96 долларов за галлон для BTL). Эти варианты экономически осуществимы при цене на сырую нефть от 86 до 95 долларов за баррель.

[26]

Эти экономические показатели могут измениться в том случае, если будут найдены многочисленные недорогие источники биомассы, что снизит стоимость вводимых ресурсов биомассы и улучшит эффект масштаба.

Экономика установок непрямого ФТ-процесса для твердого сырья еще больше затрудняет регулирование выбросов углерода. В целом, поскольку разрешить установку CTL без CCS будет, вероятно, невозможно, а установки CTL + CCS имеют более низкий углеродный след, чем традиционные виды топлива, ожидается, что регулирование выбросов углерода будет иметь положительный баланс для производства синтетического топлива. Но это по-разному влияет на экономику различных конфигураций процессов. Исследование NETL выбрало смешанный процесс CBTL с использованием 5-15% биомассы наряду с углем как наиболее экономичный в диапазоне цен на углерод и возможных сценариев будущего регулирования. Из-за ограничений масштаба и затрат чистые процессы BTL не имели хороших результатов до тех пор, пока не предполагались высокие цены на углерод, хотя, опять же, это может улучшиться с использованием лучшего сырья и более эффективных крупномасштабных проектов. [26]

Китайская экономика прямого сжижения угля [ править ]

Shenhua Group недавно сообщила, что их процесс прямого сжижения угля конкурентоспособен при ценах на нефть выше 60 долларов за баррель. [42] Предыдущие отчеты указали, что ожидаемая себестоимость добычи составляет менее 30 долларов за баррель, исходя из процесса прямого сжижения угля, и стоимость добычи угля менее 10 долларов за тонну. [43] В октябре 2011 года фактическая цена угля в Китае составляла 135 долларов за тонну. [44]

Соображения безопасности [ править ]

Центральным фактором при разработке синтетического топлива является фактор безопасности, заключающийся в обеспечении бытовых поставок топлива из бытовой биомассы и угля. Страны, богатые биомассой и углем, могут использовать синтетическое топливо, чтобы компенсировать использование топлива из нефти и иностранной нефти. [45]

Соображения по охране окружающей среды [ править ]

Воздействие данного синтетического топлива на окружающую среду сильно варьируется в зависимости от того, какой процесс используется, какое сырье используется, какие меры по борьбе с загрязнением применяются, а также каковы расстояния и методы транспортировки как для закупки сырья, так и для распределения конечного продукта. [26]

Во многих местах разработка проекта будет невозможна из-за разрешительных ограничений, если выбрана такая схема процесса, которая не соответствует местным требованиям по чистому воздуху, воде и, во все большей степени, выбросам углерода в течение жизненного цикла. [46] [47]

Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла [ править ]

Среди различных технологий косвенного производства синтетического топлива FT потенциальные выбросы парниковых газов сильно различаются. Ожидается, что уголь в жидкости (CTL) без улавливания и связывания углерода (CCS) приведет к значительно большему углеродному следу, чем обычное топливо, полученное из нефти (+ 147%). [26] С другой стороны, преобразование биомассы в жидкую среду с помощью CCS может обеспечить сокращение выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла на 358%. [26] Оба этих завода в основном используют технологию газификации и преобразования синтетического топлива FT, но они наносят совершенно разный вред окружающей среде. [ необходима цитата ]

Профили выбросов углерода в течение жизненного цикла различных видов топлива, включая многие синтетические топлива. Совместное преобразование угля и биомассы в транспортное топливо, Майкл Э. Рид, Управление ископаемой энергии Министерства энергетики США, 17 октября 2007 г.

Как правило, CTL без CCS имеет более высокий выброс парниковых газов. CTL с CCS на 9-15% снижает выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла по сравнению с дизельным топливом. [26] [48]

Установки CBTL + CCS, которые смешивают биомассу вместе с углем при улавливании углерода, работают тем лучше, чем больше добавляется биомасса. В зависимости от типа биомассы, предположений относительно корневого хранилища и транспортной логистики, при консервативных 40% биомассы наряду с углем, станции CBTL + CCS достигают нейтрального следа парниковых газов в течение жизненного цикла. При уровне биомассы более 40% они начинают терять жизненный цикл и эффективно накапливают углерод в земле на каждый галлон производимого топлива. [26]

В конечном итоге заводы BTL, использующие CCS, могут накапливать огромное количество углерода, производя транспортное топливо из экологически чистого сырья биомассы, хотя существует ряд серьезных экономических препятствий и несколько технических препятствий, которые необходимо будет преодолеть для создания таких объектов. [26]

Серьезное внимание следует уделять типу и методу закупки сырья для угля или биомассы, используемых на таких объектах, поскольку безрассудное развитие может усугубить экологические проблемы, вызванные горными выработками , изменением характера землепользования, утечкой удобрений, проблемами питания и топлива. или многие другие потенциальные факторы. Или не могли, полностью в зависимости от конкретных факторов проекта на индивидуальной основе. [ необходима цитата ]

Исследование Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США с гораздо более подробной информацией о выбросах в течение жизненного цикла CBTL «Доступное низкоуглеродное дизельное топливо из бытового угля и биомассы». [26]

Гибридные водородно-углеродные процессы также были недавно предложены [49] как еще одна альтернатива замкнутому углеродному циклу, сочетающая «чистую» электроэнергию , рециркулированный CO, H 2 и уловленный CO 2 с биомассой в качестве входных данных, что является способом сокращения необходимой биомассы. [ необходима цитата ]

Выбросы топлива [ править ]

Топливо, производимое в процессе производства различных синтетических топлив, также имеет широкий диапазон потенциальных экологических характеристик, хотя они, как правило, очень однородны в зависимости от типа используемого процесса синтетического топлива (т.е. характеристики выхлопных газов дизельного топлива Фишера-Тропша имеют тенденцию быть то же самое, хотя их выброс парниковых газов в течение жизненного цикла может существенно различаться в зависимости от того, на каком заводе производилось топливо, в зависимости от исходного сырья и соображений связывания на уровне завода.) [ необходима цитата ]

В частности, дизельное и реактивное топливо Фишера – Тропша обеспечивает резкое повсеместное сокращение всех основных загрязняющих веществ, таких как SOx, NOx, твердые частицы и выбросы углеводородов. [50] Эти виды топлива, благодаря их высокой чистоте и отсутствию загрязняющих веществ, также позволяют использовать современное оборудование для контроля выбросов, которое, как было доказано, практически устраняет выбросы HC, CO и PM из дизельных транспортных средств. [51]

Выступая перед Подкомитетом по энергетике и окружающей среде Палаты представителей США, старший научный сотрудник Rentech сделал следующее заявление:

Топливо FT дает пользователям авиации множество преимуществ. Первое - это немедленное сокращение выбросов твердых частиц. Было показано, что реактивное топливо FT в лабораторных камерах сгорания и двигателях снижает выбросы твердых частиц на 96% на холостом ходу и на 78% в крейсерском режиме. Подтверждение сокращения выбросов других газотурбинных двигателей все еще продолжается. Параллельно с сокращением PM происходит немедленное снижение CO.
2выбросы от топлива FT. Топливо FT по своей сути снижает CO
2выбросы, потому что они имеют более высокое содержание энергии в расчете на содержание углерода в топливе, а топливо менее плотное, чем обычное реактивное топливо, что позволяет самолетам летать дальше с той же загрузкой топлива. [52]

«Чистота» этого синтетического топлива FT дополнительно демонстрируется тем фактом, что оно достаточно нетоксично и экологически безвредно, чтобы считаться биоразлагаемым. В первую очередь это связано с почти полным отсутствием серы и чрезвычайно низким уровнем ароматических углеводородов, присутствующих в топливе. [53]

  • Использование дизельного топлива Фишера-Тропша приводит к резкому сокращению выбросов выхлопных газов по всем направлениям по сравнению с обычным топливом.

  • Доказано, что использование реактивного топлива Фишера – Тропша значительно снижает выбросы твердых частиц и других выбросов от самолетов.

Устойчивость [ править ]

Одна из проблем, которые обычно возникают при разработке заводов по производству синтетического топлива, - это устойчивость. По сути, переход от нефти к углю или природному газу для производства транспортного топлива - это переход от одного по своей природе истощаемого геологически ограниченного ресурса к другому.

Одной из положительных определяющих характеристик производства синтетического топлива является возможность использовать несколько видов сырья (уголь, газ или биомассу) для производства одного и того же продукта на одном заводе. В случае гибридных установок BCTL некоторые предприятия уже планируют использовать значительный компонент биомассы наряду с углем. В конечном счете, при правильном расположении с хорошей доступностью биомассы и достаточно высокими ценами на нефть заводы по производству синтетического топлива могут быть переведены с угля или газа на 100% биомассу. Это обеспечивает путь к возобновляемым источникам топлива и, возможно, более устойчивым, даже если завод изначально производил топливо исключительно из угля, что делает инфраструктуру совместимой с будущими проектами, даже если исходное ископаемое сырье закончится. [ необходима цитата ]

Некоторые процессы производства синтетического топлива легче преобразовать в методы устойчивого производства, чем другие, в зависимости от выбранного технологического оборудования. Это важное соображение при проектировании, так как эти объекты планируются и внедряются, поскольку в планировке завода необходимо оставить дополнительное место для удовлетворения любых будущих требований к изменению завода с точки зрения обработки материалов и газификации, которые могут потребоваться для учета будущих изменений в профиле производства. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Аммиак
  • Биотопливо
  • Бутанольное топливо
  • Углеродно-нейтральное топливо
  • Растрескивание
  • Электротопливо
  • Газ в жидкости
  • Газификация
  • Greyrock
  • Экономия метанола
  • Метанол в бензин
  • Синтетическое масло
  • Synthetic Fuels Corporation
  • Программа синтетического жидкого топлива
  • Термическая деполимеризация
  • Пиролиз

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Жидкое топливо - синтез Фишера-Тропша" . Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США . Проверено 25 июля 2014 года .
  2. ^ «Жидкое топливо - преобразование метанола в бензин» . Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США . Проверено 25 июля 2014 года .
  3. ^ «Жидкое топливо - процессы прямого сжижения» . Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США . Проверено 25 июля 2014 года .
  4. ^ a b c Годовой прогноз энергетики на 2006 год с прогнозами до 2030 года (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия : Управление энергетической информации . 2006. С. 52–54. DOE / EIA-0383 (2006) . Проверено 9 июля 2009 .
  5. ^ Patel, Prachi (2007-12-21). «Сравнение угля и биомассы как сырья для производства синтетического топлива». В Везироглу, TN (ред.). Альтернативные источники энергии: международный сборник . MIT Technology Review.
  6. Перейти ↑ Antal, MJ (1978). «Топливо из отходов. Переносная система превращает биологические отходы в реактивное топливо и дизельное топливо для военных». Полушарие. п. 3203. ISBN 978-0-89116-085-4.
  7. ^ Типсе, СС; Sheng, C .; Booty, MR; Маги, РС; Драйзин, Е.Л. (2001). «Синтетическое топливо для имитации твердых бытовых отходов в экспериментальных исследованиях сжигания отходов». Chemosphere . Эльзевир . 44 (5): 1071–1077. DOI : 10.1016 / S0045-6535 (00) 00470-7 . PMID 11513393 . 
  8. ^ Ли, Сонгю; Спейт, Джеймс Дж .; Лоялка, Сударшан К. (2007). Справочник по альтернативным топливным технологиям . CRC Press . п. 225. ISBN 978-0-8247-4069-6. Проверено 14 марта 2009 .
  9. ^ a b c d Спейт, Джеймс Г. (2008). Справочник по синтетическому топливу: свойства, процесс и производительность . McGraw-Hill Professional . С. 1–2, 9–10. ISBN 978-0-07-149023-8. Проверено 3 июня 2009 .
  10. ^ Ли, Сонгю (1990). Технология синтеза метанола . CRC Press . п. 1. ISBN 978-0-8493-4610-1. Проверено 9 июля 2009 .
  11. ^ Lapedes, Daniel N. (1976). Энциклопедия энергии Макгроу-Хилла . Макгроу-Хилл . п. 377. ISBN. 978-0-07-045261-9.
  12. ^ а б Луйк, Ганс (2009-06-08). Альтернативные технологии ожижения и обогащения сланца (PDF) . Международный симпозиум по горючему сланцу. Таллинн , Эстония: Таллиннский технический университет . Архивировано из оригинального (PDF) 24 февраля 2012 года . Проверено 9 июня 2009 .
  13. ^ a b c Цицерон, Даниэль (2007-06-11). Газификация угля и совместное производство химикатов и топлива (PDF) . Практикум по технологиям газификации. Индианаполис . п. 5 . Проверено 9 июля 2009 .
  14. ^ Согласно Degussa биографии Ханса Гольдшмидт в «Degussa Geschichte - Ганс Гольдшмидт» . Проверено 10 ноября 2009 .Карл Гольдшмидт пригласил Бергиуса стать директором по исследованиям в Chemische Fabrik Th. Гольдшмидт.
  15. ^ "caer.uky.edu" (PDF) .
  16. ^ a b c «Протокол заседания № 45/6» (PDF) . Вражеский комитет нефтяной разведки. 1945-02-06. Архивировано из оригинального (PDF) 21 августа 2008 года . Проверено 22 марта 2009 .
  17. ^ a b c d e f Шредер, WC (август 1946 г.). Холройд, Р. (ред.). «Отчет о расследованиях, проведенных группами по топливу и смазочным материалам в IG Farbenindustrie, AG, Works, Людвигсхафен и Оппау» . Горное бюро США , Управление синтетического жидкого топлива. Архивировано из оригинала на 2007-11-08 . Проверено 21 марта 2009 .
  18. ^ Корпорация, Боннье (1 октября 1931 г.). «Популярная наука» . Bonnier Corporation - через Google Книги.
  19. ^ a b Миллер, Дональд Л. (2006). Хозяева воздуха: мальчики-бомбардировщики Америки, которые вели воздушную войну против нацистской Германии . Нью-Йорк: Саймон и Шустер. п. 314 , 461. ISBN 978-0-7432-3544-0.
  20. ^ «Первые дни исследований угля» . Ископаемая энергия . Министерство энергетики США . Проверено 25 июля 2014 .
  21. ^ a b Галланд, Адольф (1968) [1954]. Первое и последнее: взлет и падение немецких истребительных войск, 1938-1945 (девятое издание - в бумажном переплете) . Нью-Йорк: Ballantine Books. С. 210, 224, 239.
  22. ^ Беккер, Питер В. (1981). "Роль синтетического топлива во Второй мировой войне в Германии: последствия на сегодняшний день?" . Обзор авиационного университета . База Максвелла . Архивировано из оригинала на 2013-02-22 . Проверено 23 июня 2009 .
  23. ^ Спир, Альберт (1970). Внутри Третьего рейха . Перевод Ричарда и Клары Уинстон . Нью-Йорк и Торонто: Macmillan. п. 418 . ISBN 978-0-684-82949-4. LCCN  70119132 . Проверено 17 марта 2009 .
  24. ↑ Corporation, Боннье (13 сентября 1949 г.). «Популярная наука» . Bonnier Corporation - через Google Книги.
  25. ^ "УГОЛЬ-ЖИДКОСТЬ в качестве альтернативы нефти?" (PDF) . Международное энергетическое агентство . Международное энергетическое агентство . Проверено 30 сентября 2016 .
  26. ^ a b c d e f g h i j k l m Tarka, Thomas J .; Wimer, John G .; Балаш, Петр С .; Сконе, Тимоти Дж .; Kern, Kenneth C .; Варгас, Мария Ч .; Морреале, Брайан Д .; Белый III, Чарльз В .; Грей, Дэвид (2009). «Доступное низкоуглеродное дизельное топливо из местного угля и биомассы» (PDF) . Министерство энергетики США , Национальная лаборатория энергетических технологий . С. 1, 30.
  27. ^ Эдвард Schmetz & Лоуэлл Миллер (2005). «Производство водорода из угля, Ежегодный обзор водородной программы Министерства энергетики США за 2005 год». Управление по секвестрации, водороду и чистому угольному топливу Министерства энергетики США. п. 4.
  28. ↑ Роберт Хаул: Фридрих Бергиус (1884-1949), стр. 62 в «Chemie in unserer Zeit», VCH-Verlagsgesellschaft mbH, 19. Jahrgang, апрель 1985 г., Вайнхайм, Германия.
  29. ^ a b Джеймс Г. Спейт (24 декабря 2010 г.). Справочник промышленных углеводородных процессов . Gulf Professional Publishing. п. 192. ISBN. 978-0-08-094271-1. Проверено 2 октября 2013 года .
  30. ^ Stranges, Энтони Н. (1984). «Фридрих Бергиус и рост индустрии синтетического топлива в Германии». Исида . Издательство Чикагского университета . 75 (4): 643–667. DOI : 10.1086 / 353647 . JSTOR 232411 . S2CID 143962648 .  
  31. ^ a b c d e Программа более чистых угольных технологий (октябрь 1999 г.). «Отчет о состоянии технологии 010: Сжижение угля» (PDF) . Департамент торговли и промышленности . Архивировано из оригинального (PDF) 04.06.2007 . Проверено 23 ноября 2006 .
  32. ^ a b c d Ли, Сонгю (1996). Альтернативные виды топлива . CRC Press . С. 166–198. ISBN 978-1-56032-361-7. Проверено 27 июня 2009 .
  33. ^ Лоу, Филип А .; Schroeder, Wilburn C .; Ликкарди, Энтони Л. (1976). "Техническая экономика, синтетическое топливо и энергетический симпозиум из угля, процесс твердофазного каталитического ожижения угля". Американское общество инженеров-механиков . п. 35.
  34. ^ a b c Höök, Микаэль; Алеклетт, Кьелл (2009). «Обзор перехода от угля к жидкому топливу и его потребления угля» (PDF) . Международный журнал энергетических исследований . Wiley InterScience. 33 . Архивировано из оригинального (PDF) 21 февраля 2010 года . Проверено 4 июля 2009 .
  35. ^ "JetBlue готовится к испытаниям альтернативного топлива" . Проверено 6 июня 2009 .
  36. ^ «USAF запускает новую программу тестирования биотоплива» . Проверено 6 июня 2009 .
  37. ^ "UOP получает $ 1,5 млн на проект пиролизного масла от Министерства энергетики" . Конгресс зеленых автомобилей. 2008-10-29 . Проверено 9 июля 2009 .
  38. ^ Burnham, Алан К .; Макконаги, Джеймс Р. (16 октября 2006 г.). Сравнение приемлемости различных процессов производства горючего сланца (PDF) . 26-й симпозиум по горючим сланцам. Голден, Колорадо : Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . UCRL-CONF-226717 . Проверено 27 мая 2007 .
  39. ^ Производство моторного топлива на новозеландском предприятии Synfuel было остановлено с середины девяностых годов, хотя производство метанола на экспорт продолжается. На этом сайте использовался процесс Mobil по преобразованию газа в метанол и метанола в бензин. http://www.techhistory.co.nz/ThinkBig/Petrochemical%20Decisions.htm
  40. ^ "Сасол Инзало -" (PDF) . www.sasol.com .
  41. ^ Берг, Дэвид Р. (2008). «Экономическое обоснование газификации угля с совместным производством, бизнес-риски, финансовые перспективы, потенциальные стимулы, влияние секвестрации» (PDF) . Министерство энергетики США, Энергетический форум ВВС США II, 4 марта 2008 г. с. 12.
  42. ^ "China Shenhua возвращает прибыль по проекту CTL" . Архивировано из оригинала на 2012-03-15 . Проверено 8 сентября 2011 .
  43. ^ "China Shenhua и Yankuang увеличат производство угля в топливо в шесть раз" . Bloomberg.com. 2007-06-22 . Проверено 9 июля 2009 .
  44. ^ «Цена на уголь в Китае может вырасти на 5%, поскольку импорт увеличится на 15%, - говорит UOB» . Bloomberg.com. 2011-12-01 . Проверено 11 февраля 2012 .
  45. ^ «Синтетическое топливо CTLC повысит национальную безопасность США» (PDF) .
  46. ^ Примеры таких ограничений включают Закон США о чистом воздухе и чистого воздух правила ртути архивация 31 августа 2009, на Wayback Machine , а также недавние ограничения , налагаемые на новых проектах угля в жидкое топливо в Китае Национальной комиссии развития и реформ
  47. ^ Чрезмерный углеродный след может помешать федеральному правительству США покупать топливо. Раздел 526 Закона об энергетической независимости и безопасности запрещает федеральным агентствам, в том числе Министерству обороны, покупать альтернативные синтетические виды топлива, за исключением случаев, когда альтернативные виды топлива имеют более низкие выбросы ПГ, чем топливо на основе очищенной нефти. Косич, Дороти (2008-04-11). «Отмена требовала запрета на использование правительством США CTL, горючего сланца, топлива, произведенного из битуминозных песков» . Моя сеть. Архивировано из оригинала на 2016-05-16 . Проверено 27 мая 2008 .Блум Дэвид I; Уолдрон Роджер; Layton Duane W; Патрик Роджер W (2008-03-04). «Соединенные Штаты: Закон о энергетической независимости и безопасности создает серьезные проблемы для синтетических и альтернативных видов топлива» . Проверено 27 мая 2008 .
  48. ^ «Жидкое топливо из угля имеет более низкий уровень парниковых газов, чем некоторые виды очищенного топлива» . Архивировано из оригинала на 2009-12-14 . Проверено 2 июня 2009 .
  49. ^ Agrawal R; Singh NR; Рибейро FH; Делгасс WN (2007). «Устойчивое топливо для транспортного сектора» . PNAS . 104 (12): 4828–4833. DOI : 10.1073 / pnas.0609921104 . PMC 1821126 . PMID 17360377 .  
  50. ^ Согласно работе NREL «Характеристики топлива, испытания на выбросы и результаты работоспособности парка транспортных средств класса 6, работающих на газо-жидком топливе и дизельных фильтрах с катализаторами» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 08.05.2009 . Проверено 13 февраля 2010 . , «Отчет об оценке транспортных средств в Йосемитских водах» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 08.05.2009 . Проверено 13 апреля 2009 . , и различные другие исследования DOE / DOD
  51. ^ см. исследование Yosemite Waters "Отчет об оценке транспортных средств Yosemite Waters" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 08.05.2009 . Проверено 13 апреля 2009 .
  52. ^ «Документ технической поддержки, Обзор отрасли производства продуктов из угля в жидкие углеводороды, Предлагаемое правило обязательной отчетности по парниковым газам» (.PDF) . Управление воздуха и радиации, Агентство по охране окружающей среды США . 2009-01-28 . Проверено 15 июля 2009 .
  53. ^ "Биоразлагаемое дизельное топливо" . Архивировано из оригинала на 2008-12-02 . Проверено 24 июня 2009 .
  • Растения Synfuel расширяются в Западной Вирджинии (Coal Age, 1 февраля 2002 г.)

Внешние ссылки [ править ]

  • Альянс синтетического топлива в Европе
  • Технологии газ-жидкость во всем мире, консультанты ACTED
  • Gasifipedia - жидкое топливо
  • Продюсеры Synfuel попадают в Paydirt! Архивировано 3 сентября 2005 г. в Wayback Machine (дайджест политики NCPA) - анализ субсидий на синтетическое топливо в США.
  • Министерство обороны США начинает поиски энергетической независимости Jane's Defense Weekly, 25 сентября 2006 г.
  • Центр открытия нефтеносных песков Альберты
  • Битум и синтетическая сырая нефть
  • Проект ЕС по конверсии CO2 на жидкое топливо
  • Синтетическое топливо четвертого поколения, использующее синтетическую жизнь. Выступление Крейга Вентера на TED