Процесс Фишера — Тропа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Процесс Фишера-Тропша - это химическая реакция происходящая в присутствии катализатора (катализируемая химическая реакция) в которой монооксид углерода CO и водород H₂ преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса - это производство синтетической нефти для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.

[править] Процесс получения

Процесс Фишера-Тропша описывается следующим химическим уравнением

Смесь монооксида углерода и водорода называется синтез-газ или сингаз. Получаемые углеводороды очищают для получения целевого продукта - синтетической нефти.

Диоксид углерода и монооксид углерода образуются при частичном окислении угля и древесного топлива. Польза от этого процесса преимущественно в его роли в производстве жидких углеводородов или водорода из твёрдого сырья, такого как уголь или твёрдые углеродсодержащие отходы различных видов. Неокислительный пиролиз твёрдого сырья производит сингаз, который может быть напрямую использован в качестве топлива, без преобразования по процессу Фишера-Тропша. Если требуется жидкое, похожее на нефтяное топливо, смазка или парафин, может быть применён процесс Фишера-Тропша. Наконец, если требуется увеличить производство водорода, водяной пар сдвигает равновесие реакции, в результате чего образуются только углекислый газ и водород. К счастью, довольно легко совершить переход от газового к жидкому топливу.

[править] История

После изобретения процесса Германскими исследователями Францем Фишером и Гансом Тропшом, работавшими в институте Кайзера Вильгейма в 1920-е было сделано множество усовершенствований и исправлений и название "Фишер-Тропш" сейчас применяется к большому количеству сходных процессов (синтез Фишера-Тропша или химия Фишера-Тропша)

Процесс был изобретён в бедной нефтью, но богатой углём Германии в 1920-е для производства жидкого топлива. Он использовался Японией и Германией во время Второй мировой войны для производства альтернативного топлива. Годовое производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 барелей в день ~ 6,5 миллионов тонн в 1944 году. (http://www.fe.doe.gov/aboutus/history/syntheticfuels_history.html).

После войны, взятые в плен германские учёные участвовали в "Операции скрепка" продолжая работать над синтетическими топливами в США в Бюро горной промышленности США.

[править] Использование

В настоящее время две компании коммерчески используют свои технологии основанные на процессе Фишера-Тропша. Shell в Бинтулу, Малазия использует природный газ в качестве сырья и производит, преимущественно, малосернистое дизельное топливо. Sasol в Южной Африке использует уголь в качестве сырья для производства разнообразных товарных продуктов из синтетической нефти. Процесс и сегодня используется в ЮАР для производства большей части дизельного топлива страны из угля компанией Sasol. Процесс использовался в ЮАР для удовлетворения потребностей в энергии во время изоляции при режиме Апартеида. Внимание к этому процессу возобновилось в процессе поиска путей получения малосернистых дизельных топлив для уменьшения вреда окружающей среде наносимого дизельными двигателями. Маленькая американская компания Rentech в настоящее время сфокусировалась на преобразовании nitrogen-fertiliser заводов от использования в качестве сырья природного газа к использованию угля или кокса и жидких углеводородов в качестве побочного продукта.

Choren в Германии и CWT (Changing World Technologies) построили заводы использующие процесс Фишера-Тропша или подобные процессы.

Процесс Фишера-Тропша это хорошо проработанная технология уже применённая в больших масштабах, хотя её распространению мешают высокие капитальные затраты, высокие затраты на эксплуатацию и ремонт и относительно низкие цены на сырую нефть. В частности, использование природного газа как исходного сырья становится целесообразным, когда используется "stranded gas", то есть источники природного газа находящиеся далеко от основных городов, которые нецелесообразно эксплуатировать с обычными газопроводами и технологией LNG.

Существуют большие запасы каменного угля которые могут быть использованы в качестве источника топлива по мере истощения запасов нефти. Так как в мире имеются большие запасы каменного угля, эта технология может быть временно использована если обычная нефть станет дороже. Сочетание газификации биомассы и синтеза Фишера-Тропа это многообещающий способ производства возобновляемого или "зелёного" автомобильного топлива. Синтетическое топливо, произведённое из угля, конкурентно способно при цене на нефть выше $40 за баррель. При использовании побочных продуктов, получаемых в ходе процесса, производство конкурентно способно при цене на нефть $25.

В сентябре 2005 губернатор Эдвард Ренделл заявил о создании предприятия Waste Management and Processors Inc. - использующее технологии лицензированные у Shell и Sasol. Будет построена фабрика использующая синтез Фишера-Тропша для переработки так называемого бросового углерода (остатков от угледобычи) в малосернистое дизельное топливо на участке около города Mahanoy на северо-западе Филадельфии. Штат Пенсильвания взял на себя обязательство покупать значительный процент продукции завода и, вместе с Департаментом энергетики США (DoE), предложил более 140 миллионов долларов налоговых льгот. Прочие добывающие уголь штаты также разрабатывают подобные планы. Губернатор штата Монтана Бриан Швейцер (Brian Schweitzer) предложил построить завод который будет использовать процесс Фишера-Тропша для превращения угольных запасов штата в топливо чтобы уменьшить зависимость США от импорта нефти.

В начале 2006 года в США рассматривались проекты строительства 9 заводов по непрямому сжижению угля суммарной мощностью 90 – 250 тыс. баррелей в день.

Китай планирует инвестировать $15 млрд. до 2010-2015 гг. в строительство заводов по производству синтетического топлива из угля. Национальная Комиссия Развития и Реформ (NDRC) заявила, что суммарная мощность заводов по сжижению угля достигнет 16 млн. тонн синтетического топлива в год, что составляет 5% от потребления нефти в 2005 году и 10% импорта нефти.

Один спорный вопрос, который ещё будет задан в дискуссии о крупномасштабной разработке синтетических топлив это огромное увеличение первичного использования нефти и выбросов углекислого газа присущего преобразованию газообразных и твёрдых источников углерода в жидкую форму. Последние работы Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии США (National Renewable Energy Laboratory) показали, что в полном цикле выбросы парниковых газов для произведённых из каменного угля синтетических топлив примерно вдвое выше своего основанного на бензине эквивалента. Выбросы прочих загрязнителей также сильно увеличились, тем не менее многие из них могут быть собраны в процессе производства. Захоронение углерода было предложено в качестве способа уменьшения выбросов оксида углерода. Закачка СО₂ нефтяные пласты позволит увеличить добычу нефти, и увеличить срок службы месторождений на 20-25 лет.