close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ

код для вставкиСкачать
ИННОВАЦИОННОЕ
РАЗВИТИЕ ХИМИЧЕСКОЙ
ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ
ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МОТОРНЫЕ
ТОПЛИВА
Лекция №3
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ
МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА
План лекции № 3
Виды и классификация
Газовое топливо (природный газ, СУГ)
GTL-технология
Переработка
метанола
топлива и их компоненты
Литература:
в
моторные
А.Л. Лапидус и др. Альтернативные моторные топлива. Учебное пособие. –
М:ЦентрЛитНефтеГаз. – 2008. – 288 с.
2. А.Л. Лапидус и др. Газохимия . Учебное пособие. – М:ЦентрЛитНефтеГаз. –
2008. – 450 с.
1.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ
МОТОРНЫЕ ТОПЛИВА
План лекции № 4
Спиртовые и оксигенатные топлива
Диметиловый эфир
Производство
моторных
топлив
возобновляемых источников сырья
Водородные топлива
Топливные элементы
из
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.
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.
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.
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.)
Общая классификация
альтернативных топлив (3 группы)
Третья группа: ненефтяные топлива
(спирты, природный и попутный газы,
водород)
Критерии оценки эффективности
применения различных видов
топлива
Уровень вредных выбросов.
Затраты на производство топлива и
инфраструктуру.
Стоимость двигателя.
Оценка эффективности
использования альтернативных
топлив на автотранспорте
Моторное топливо
Затраты
энергии на
производство
топлива*
Пробег на одной
заправке
Стоимость
единицы пробега**
1
1
1
Синтетический бензин из сигаза
1,6
1,0
1,2
Метанол
1,6
0,5
1,5
Этанол
1,7
0,6
1,8
Сжиж. углевод. газ (СУГ)
1,05
1,0
0,7-0,9
Компримированный
природный газ
1,3-1,4
0,4-0,5
0,9-1
Сжиж. природный газ (СПГ)
1,1-1,25
0,6-0,8
0,85-1,1
ДМЭ
1,5-2,0
-
-
Водород
3,0-4,0
-
-
Нефтяной бензин
*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
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….»
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.
Количество автомобилей в России,
соответствующих требованиям Евро, %
Евро
2005 г.
2010 г.
2015 г.
Всего
В т.ч.
легковые
Всего
В т.ч.
легковые
Всего
В т.ч.
легковые
0
50
47,6
21,1
20,6
5
4,4
1
30,9
30
19,2
17,9
6,7
6,7
2
21,5
20
38,5
38,5
21,7
20
3
-
-
11,6
12,9
11,7
11,1
5
-
-
9,6
10,1
43,2
44,5
-
-
-
-
11,8
13,3
100
100
100
100
100
100
Всего
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)
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
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)
Интегральная экологическая
опасность моторных топлив
Компоненты
Коэффициент
экологической
опасности
Выброс, г/кВт*час при использовании
бензина
метана
пропан-бутана
выброс
ИЭО
выброс
ИЭО
выброс
ИЭО
Оксид углерода
1
10
10
1,5
1,5
2
2
Углеводороды
2
2
4
0,2
0,4
1,5
3
Оксиды азота
70
2
140
1
70
1,6
112
Бенз-(α)пирен
3*106
0,03
90*103
0,0003
900
0,0003
900
Оксиды свинца
103
0,1
100
-
-
-
-
Сумма ИЭО,
отн. ед.
90254
972
1017
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 ФишераТропша
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.
Синтез Фишера-Тропша
Химизм 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
Синтез Фишера-Тропша
Катализаторы
Ni, Co, Fe
с добавками оксидов Th, Mg, Ti, Zr
носитель:Al2O3, SiO2, цеолиты
промоторы: соли щелочных металлов
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
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.
Аппаратурно-технологическое
оформление
Процесс «Krupp-Kohlechemie» (пилотная
установка):
Fe-катализатор
Т=200-215 ºС
Р=1,1 МПа
ОС синтез газа 100 ч-1
Аппаратурно-технологическое
оформление
«Ruhrchemie - Lurgi» на заводе «Sasol-1»:
Газификация угля.
Использование стационарного Fe-
катализатора
Аппаратурно-технологическое
оформление
Технология СЖУ в газовой фазе на
заводах «Sasol-2» и «Sasol-1»:
Кислородная газификация угля
Использование взвешенного слоя Feкатализатора.
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
Некоторые особенности СЖТСФТ
Требования к катализатору:
1) выбор активного компонента
железосодержащие, кобальтсодержащие
катализаторы;
Ni – низкая селективность к высшим
углеводородам;
Ru – высокая стоимость
неэффективны
Различие активности Fe и Cокатализаторов
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
Различие активности Fe и Cокатализаторов
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)
Некоторые особенности СЖТСФТ
2) выбор носителя и способа
приготовления.
Требования к кобальтсодержащим
катализаторам:
стабильность носителя в условиях реакции
(высокое парциальное давление паров
воды, умеренно высокие температуры 180250 град. С)
стабилизация наночастиц металлического
кобальта с размером 6-9 нм
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)
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.
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
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
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
Состав получаемых продуктов и
необходимость их переработки
Разработка технологии получения СЖТ
в России (ОАО «Газпром»)
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.
Реакторы с псевдоожиженным
слоем катализатора
Не перспективны:
сложность и дороговизна конструкции;
низкое содержание катализатора в
реакционном объеме
низкий срок службы катализатора.
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.
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
Радиальный реактор
(ООО «ВНИИГАЗ, ФГУП НИФХИ
им. Л.Я. Карпова»)
Равномерное распределение газа в слое
катализатора, нет локальных перегревов
катализатора.
Низкое гидравлическое сопротивление.
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
53
Размер файла
6 002 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа