Характеристика сырья и процессов его переработки
Переработка таких видов сырья, как уголь, горючие сланцы, природные битумы и биомасса, сегодня представляется как новое, перспективное направление для удовлетворения растущей потребности общества в моторных топливах и химическом сырье. Тем не менее для большинства из них технология переработки имеет давнюю, порой многовековую историю. Например, газификация угля впервые была осуществлена более двух столетий тому назад; история переработки и топливного использования горючих сланцев восходит также к XVIII в.; давно известны и широко используются методы получения спиртов и других химических веществ из биомассы и природного газа, а процессы ожижения угля имели достаточно широкое промышленное применение в 1930–1940-х годах. Поэтому, рассматривая сегодня производство жидких и газообразных топлив из различных, альтернативных нефти, сырьевых источников, правильнее говорить не об открытии, а о возрождении процессов в условиях новой ресурсной ситуации и современного уровня развития науки и техники.
На технологию и технико-экономические показатели производства альтернативных моторных топлив большое влияние оказывают агрегатное состояние и физико-химические свойства исходного сырья. Использование твердых видов сырья – угля, сланцев, битумосодержащих пород, биомассы – требует, помимо особенностей добычи, включения дополнительных стадий его подготовки к переработке, отсутствующих в схемах производства моторных топлив из нефтяного сырья. К таким стадиям относятся сушка, измельчение и фракционирование, разделение углеводородной и минеральной составляющих, отделение и утилизация шламов и ряд других.
Большинство альтернативных видов сырья отличается от нефти и ее фракций более низким содержанием водорода (повышенным отношением С:Н в их составе), а также высоким содержанием кислорода, азота и серы (табл. 3.1). Это определяет и более низкую удельную теплоту сгорания такого сырья поэтому превращение его в жидкие и газообразные топлива сводится, как правило, к удалению минеральной составляющей и нежелательных гетероатомов, насыщению водородом в требуемых количествах. *
Ввиду многообразия технологических схем процессов переработку альтернативных видов сырья можно осуществлять по двум принципиально разным направлениям: разложение или синтез. В первом варианте происходит разрушение исходных молекул и выделение водорода. При этом снижение - отношения С : Н может обеспечиваться как за счет перераспределения уже имеющихся в сырье ресурсов водорода и одновременного вывода части углерода, так и за счет добавления водорода со стороны. В результате синтеза происходит химическое преобразование органической массы сырья в жидкие топливные продукты.
Из этих направлений выпадают специфические методы получения альтернативных топлив, например производство водорода электролизом воды.
Превращение твердых видов сырья в моторные топлива включает четыре основные стадии: 1) добычу исходного сырья, 2) его подготовку к переработке, 3) получение «синтетической нефти», представляющей собой широкую фракцию жидких углеводородов, в той или иной мере подобную природным нефтям*, или синтез газа; 4) переработку «синтетической нефти»
*Название фракции может быть различным в зависимости от вида исходного сырья и технологии его переработки – масло, экстракт, смола, гидрогенизат.
ИЛИ синтез газа в целевые продукты. В основе переработки природного газа в жидкие топлива лежит синтез, включающий стадии подготовки (очистки и осушки) газа, конверсии его в синтез-газ и последующей каталитической переработки последнего в соответствующие виды топлив. Природный газ может быть использован в качестве моторного топлива без переработки с предварительной физической подготовкой его к применению (сжатие или ожижение). Каждая из названных стадий получения моторных топлив из конкретных видов сырья может, в свою очередь, состоять из различных наборов отдельных технологических ступеней.
Многостадийность переработки, проведение ее при высоких температурах и давлениях, использование большого числа процессов очистки и потребление в отдельных случаях значительных количеств специально производимого водорода, а также необходимость осуществления природоохранных мероприятий приводят к существенному росту удельных капитальных и эксплуатационных затрат на производство моторных топлив из альтернативных видов сырья по сравнению с традиционным нефтяным сырьем.
