Download
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ PowerPoint Presentation
Download Presentation
ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

235 Vues Download Presentation
Télécharger la présentation

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА Лекция №3

  2. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА • План лекции № 3 • Виды и классификация • Газовое топливо (природный газ, СУГ) • GTL-технология • Переработка метанола в моторные топлива и их компоненты Литература: • А.Л. Лапидус и др. Альтернативные моторные топлива. Учебное пособие. – М:ЦентрЛитНефтеГаз. – 2008. – 288 с. • А.Л. Лапидус и др. Газохимия . Учебное пособие. – М:ЦентрЛитНефтеГаз. – 2008. – 450 с.

  3. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА • План лекции № 4 • Спиртовые и оксигенатные топлива • Диметиловый эфир • Производство моторных топлив из возобновляемых источников сырья • Водородные топлива • Топливные элементы

  4. КЛАССИФИКАЦИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ • природный газ – метан; • сжиженные углеводородные газы (СУГ), ранее называемые сжиженные нефтяные газы (СНГ) – пропан, бутан и их смеси; • спирты – метанол, этанол, продукты на их основе; • диметиловый эфир; • углеводородные топлива, полученные переработкой углеродсодержащего (ненефтяного) сырья; • биотоплива; • водород.

  5. Классификация альтернативных топлив • 1992 г. Закон об энергетической политике (США): • альтернативные транспортные топлива – сжиженный нефтяной газ, природный газ, смеси, содержащие не менее 85 % спирта, водород и электроэнергия.

  6. Общая классификация альтернативных топлив (3 группы) • Первая группа: нефтяные топлива с добавками ненефтяного происхождения (спирты, эфиры), которые улучшают физико-химические и эксплуатационные свойства нефтяных топлив, снижают содержание токсичных веществ в отработанных газах двигателей, позволяют сократить расход нефти на производство моторных топлив.

  7. Общая классификация альтернативных топлив (3 группы) • Вторая группа: синтетические жидкие топлива близкие по свойствам к традиционным нефтяным топливам, но получаемые при переработке углеродсодержащего газообразного, твердого и жидкого ненефтяного сырья (природный газ, горючие сланцы, растительные и животные жиры, отходы с/х производства, бытовые отходы и т.д.)

  8. Общая классификация альтернативных топлив (3 группы) • Третья группа: ненефтяные топлива (спирты, природный и попутный газы, водород)

  9. Критерии оценки эффективности применения различных видов топлива • Уровень вредных выбросов. • Затраты на производство топлива и инфраструктуру. • Стоимость двигателя.

  10. Оценка эффективности использования альтернативных топлив на автотранспорте *В затратах энергии учтены добыча, транспорт и переработка первичного энергоносителя в моторное топливо ** Стоимость единицы пробега применительно к 6-ти местному автомобилю с конвертированным на газовое топливо двигателем

  11. Меры Правительства РФ • Постановление Правительства РФ от 12.10.2005 г., утвержден специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ»: • Евро- 2 – 2006 г. • Евро-3 – 2008 г. • Евро-4 – 2010 г. • Евро-5 – 2014 г. • 2008 г. утвержден специальный технический регламент «О требованиях к бензинам, дизельным топливам….»

  12. Классы моторных топлив • Требования к физико-химическим и эксплуатационным свойствам аналогичны требованиям европейских норм EN 228, EN 590: • Для класса 2 – до 31.12.2008 г. • Для класса 3 – до 31.12.2009 г. • Для класса 4 – до 31.12.2013 г.

  13. Количество автомобилей в России, соответствующих требованиям Евро, %

  14. ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО • Бензиновые двигатели могут быть переведены на газовое топливо (доп. устанавливается несложная топливная аппаратура – баллоны для хранения газа, устройства для редуцирования давления газа и регулирования его расхода)

  15. ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО • Трудности применения газового топлива в дизельных двигателях: • Высокая температура самовоспламенения: • метан -537 ºС, • пропан -510 ºС, • бутан -480 ºС; • для дизельного топлива 230-250 ºС

  16. Способы организации работы дизельного двигателя на газовом топливе • Добавление активирующих добавок – веществ с низкой температурой самовоспламенения типа нитратов или перекисей (только для СУГ) • Использование искрового зажигания, что требует создания напряжения на электродах до 25 кВ и более (на стационарных дизельных установках) • Применение впрыска запальной дозы дизельного топлива (газодизельный режим)

  17. Интегральная экологическая опасность моторных топлив

  18. Технология GTL • Реализуется по схеме первоначального получения синтез-газа, на основе которого осуществляется синтез метанола, диметилового эфира или производство смеси синтетических жидких углеводородов по синтезу Фишера-Тропша

  19. Обзор известных технологий получения синтетических жидких углеводородов по методу ФТ • Источники: • ep.espacenet.com • www.fischer-tropsch.org • Компании, владеющие технологиями процессов СЖТ: • ExxonMobil • Royal Dutch/Shell • ChevronTexano • Conoco и др.

  20. Синтез Фишера-ТропшаХимизм процесса • СО+Н2→СnH2n+2+ СnH2n+Н2O+Q (кобальтовый катализатор) • СО+Н2→ СnH2n+2+СО2+Q (железный катализатор) • Побочные реакции: • Диспропорционирование СО: • 2СО →С+ СО2 • Реакция водяного газа: • СО +Н2O→ СО2+Н2 • Метанирование: СО +3Н2 →СН4+Н2О

  21. Синтез Фишера-ТропшаКатализаторы • Ni, Co, Fe • с добавками оксидов Th, Mg, Ti, Zr • носитель:Al2O3, SiO2, цеолиты • промоторы: соли щелочных металлов

  22. Синтез Фишера-Тропша • Условия процесса: • Т=170-200 ºС Со-катализаторы • Р=0,1-1 МПа • На железосодержащих катализаторах: • Т=200-350 ºС • Р=3-4 МПа

  23. Аппаратурно-технологическое оформление • Технология в стационарном слое катализатора • В потоке взвешенного катализатора • В жидкой фазе с суспендированным катализатором • Наиболее широко применяемые технологии: • Повышенное давление. • Использование реакторов кожухотрубного типа. • Рециркуляция газа.

  24. Аппаратурно-технологическое оформление • Процесс «Krupp-Kohlechemie» (пилотная установка): • Fe-катализатор • Т=200-215 ºС • Р=1,1 МПа • ОС синтез газа 100 ч-1

  25. Аппаратурно-технологическое оформление • «Ruhrchemie - Lurgi» на заводе «Sasol-1»: • Газификация угля. • Использование стационарного Fe- катализатора

  26. Аппаратурно-технологическое оформление • Технология СЖУ в газовой фазе на заводах «Sasol-2» и «Sasol-1»: • Кислородная газификация угля • Использование взвешенного слоя Fe-катализатора.

  27. Аппаратурно-технологическое оформление • Процесс получения СЖУ в жидкой фазе с суспендированным катализатором: • не нашел широкого применения • Но! Имеет хороший отвод тепла • Более высокая производительность реактора • Меньшая металлоемкость

  28. Некоторые особенности СЖТ-СФТ • Требования к катализатору: • 1) выбор активного компонента • железосодержащие, кобальтсодержащие катализаторы; • Ni – низкая селективность к высшим углеводородам; • Ru – высокая стоимость неэффективны

  29. Различие активности Fe и Cо-катализаторов • СО+Н2О→СО2+Н2 • Fe – высокая активность в этой реакции • Co - малая активность в этой реакции • Со-катализаторы используются для синтеза при Н2/СО>1,8/2 • Fe Со-катализаторы используются для синтеза при Н2/СО<1,5-1,8

  30. Различие активности Fe и Cо-катализаторов • Fe используется для переработки угля в жидкие топлива (парокислородная газификация угля), получают Си-газ с Н2/СО=0,7-1,2 • Переработка природного, попутного нефтяного газа (на Co-катализаторах): • Н2/СО=1,2 (углекислотная конверсия) • Н2/СО=1,8-2,1 (парциальное окисление, автотермический риформинг) • Н2/СО=2,5-3 (паровая конверсия)

  31. Некоторые особенности СЖТ-СФТ • 2) выбор носителя и способа приготовления. • Требования к кобальтсодержащим катализаторам: • стабильность носителя в условиях реакции (высокое парциальное давление паров воды, умеренно высокие температуры 180-250 град. С) • стабилизация наночастиц металлического кобальта с размером 6-9 нм

  32. Требования к катализаторам • Прочность гранул катализатора, высокая пористость зерна (для реакторов с неподвижным зернистым слоем) • Устойчивость катализаторов к истиранию (для реакторов с суспендированным и псевдоожиженным слоями катализаторов)

  33. Требования к организации каталитического слоя в реакторе СФТ • 1. Синтез ФТ – сильно экзотермический процесс. Селективность по отношению к тяжелым углеводородам падает с ростом температуры • Необходимость жесткого контроля температуры слоя и обеспечения его изотермичности.

  34. Требования к организации каталитического слоя в реакторе СФТ • 2. Синтез ФТ – медленный процесс. Скорости реакций гидрирования СО (Р=1,3 МПа, Т=200-250 град. С, Н2/СО=2) не превышают 0,6-1 г углеводородов на 1 г катализатора в час в кинетической области проведения процесса. • Необходимо избегать любого дальнейшего торможения процесса вследствие внешней и внутренней диффузии

  35. Требования к организации каталитического слоя в реакторе СФТ • 3. В ходе синтеза ФТ образующиеся жидкие УВ накапливаются в реакционном объеме (внутри пор зерна катализатора) → СФТ – трехфазный процесс. • Прежде чем вступить в реакцию, газообразные реагенты должны раствориться в жидкой фазе, а продукты реакции (вода) должны испариться после того, как они образуются

  36. Требования к организации каталитического слоя в реакторе СФТ • 4. Следствием заполненности объема пор зерен катализатора является многократное замедление молекулярной диффузии как реагентов, так и продуктов внутри зерна катализатора • Внутридиффузионные затруднения не сказываются на каталитической активности при радиусе зерна катлизатора меньше 100 мкм

  37. Состав получаемых продуктов и необходимость их переработки

  38. Разработка технологии получения СЖТ в России (ОАО «Газпром»)

  39. Выбор типа реактора • Суспензионные реакторы: • простота конструкции; • процессы внутренней диффузии не оказывают существенного влияния на протекание и селективность реакций; • изотермичность; • Но! ограничение концентрации катализатора в суспензии (до 20-25 % масс.) • большая высота (более 20 м); • плохо поддается масштабированию; • в России реакторы данного типа не создавались.

  40. Реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора • Не перспективны: • сложность и дороговизна конструкции; • низкое содержание катализатора в реакционном объеме • низкий срок службы катализатора.

  41. Трубчатые реакторы • простота масштабирования; • большой опыт отечественной и зарубежной промышленности в изготовлении и эксплуатации; • долгий срок службы катализаторы; • изотермичность; • высокая концентрация катализатора в единице реакционного объема; • Но! Промышленный реактор состоит из большого количества трубок (ок. 1000 штук длиной 10 м, диаметром 60 мм): • высокие капитальные вложения, высокое гидравлическое сопротивление, сложность загрузки и выгрузки катализатора.

  42. Реакторы полочного типа • Широко используются в отечественной промышленности • Но! Процесс протекает адиабатически→ экзотермичность реакций может привести к перегреву катализатора, это приводит к ограничению по степени превращения на одной полке (степень превращения СО на 1 полке должна составлять 2,5-3%) • Необходимость создания многополочных реакторов (не менее 10 полок) с охлаждением реакционного газа между полками • Высокое гидравлическое сопротивление

  43. Радиальный реактор(ООО «ВНИИГАЗ, ФГУП НИФХИ им. Л.Я. Карпова») • Равномерное распределение газа в слое катализатора, нет локальных перегревов катализатора. • Низкое гидравлическое сопротивление.