Технология gtl избавляет отстраха, что нефть закончится

Технология gtl избавляет отстраха, что нефть закончится

История разработки GTL (gas-to-liquid, «из газа в жидкость») началась задолго перед тем, как нефть купила для человечества такое серьёзное значение, какое она имеет в сегодняшнем мире. В 1902 году французский химик Поль Сабатье совместно со своим учеником Жаном Батистом Сандераном осуществил одну несложную реакцию — они взяли метан из смеси угарного газа (моноксида углерода) и водорода в присутствии порошкообразного никеля.

А через пара лет русский химик Егор Орлов взял из такой же смеси в присутствии палладия и никеля этилен, продемонстрировав тем самым возможность синтеза высших углеводородов. Но довели эту разработку до коммерческого воплощения германские химики Франц Ганс и Фишер Тропш из Университета кайзера Вильгельма по изучению угля: во второй половине 20-ых годов XX века была опубликована их известная работа «О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обычном давлении». Обрисованный ими процесс позднее назвали процессом Фишера-Тропша.

Разработка, созданная германскими химиками, была совсем прикладной. Она была очень нужна в бедной нефтью, но богатой углем Германии: в первой половине 40-х годов прошлого века процесс Фишера-Тропша активно применялся уже на двух десятках фабрик. К 1943 году они выдавали 124 000 баррелей синтетического горючего каждый день, снабжая 92% количества авиакеросина (и 57% общего объема горючего всех видов), что делало подобные фирмы одной из главных целей бомбардировок армий союзников.

По окончании войны союзники, к каким попали специалисты и документы по разработке синтеза, стали экспериментировать с получением синтетических углеводородов, но до коммерческого применения не дошло — обнаружение огромных запасов нефти на Ближнем Востоке в начале 1950-х сделало эту разработку нерентабельной.

    Фото Схема конверсии газа в жидкие углеводороды посредством гидрокрекинга и каталитического синтеза

Кризис в помощь

«О ходе Фишера-Тропша отыскали в памяти в первой половине 70-ых годов XX века, в то время, когда нефтяной кризис быстро поднял стоимость бареля нефти, — говорит Эндрю Хефер, вице-президент по маркетингу смазочных материалов концерна Shell. — Тогда в мире быстро возрос интерес к другим разработкам получения разных углеводородов, и химики многих компаний занялись этим вопросом. Концерн Shell совершенствовал синтез Фишера-Тропша в течении десяти лет, пока не показалась ясность, что эта разработка может стать коммерчески удачной.

В первой половине 80-ых годов XX века в Амстердаме было выстроено умелое производство, где химики взяли возможность масштабных опытов, а в 1993-м открылся первый коммерческий завод концерна в Бинтулу (Малайзия), производящий 12 500 баррелей жидких синтетических углеводородов в сутки. А в 2006 году концерн Shell приступил к постройке самого громадного в мире завода по производству синтетических углеводородов из газа, Pearl GTL в Катаре, что вступил в строй три года назад».

Завод создаёт нафту, обычные парафины, базисные смазочные масла, керосин (авиационное горючее) и газойль (дизельное). Само собой разумеется, все эти соединения возможно взять и из нефти, но синтез из газа имеет последовательность важных преимуществ. Во-первых, чистота синтетических углеводородов возможно намного выше минеральных, каковые достаточно сложно очищать от негативных примесей. «Приобретаемые в следствии синтеза на установках Pearl GTL углеводороды столь чисты, что, к примеру, парафины дано использовать в пищевой, косметической и фармацевтической индустрии», — поясняет Хефер.

Во-вторых, разведанные мировые запасы газа превышают запасы нефти (по массе) более чем вдесятеро, так что кроме того в случае если человечество исчерпает запасы «нефти», неизменно имеется вариант перехода на синтетические заменители горючего, сырья и масел для производства разных пластиков. В частности, на Pearl GTL синтезируют авиационное горючее, которое употребляется (наровне с минеральным) для заправки самолётов Qatar Airways.

Из газа в князи

«Разработка Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) основана на ходе Фишера-Тропша, которому около сотни лет, — растолковывает Иэн Шеннон, начальник разработок и отдела исследований моторных масел концерна Shell. — Однако химики концерна израсходовали пара десятилетий на усовершенствование данной технологии, взяв наряду с этим более 3500 патентов. Одна из главных подробностей — катализаторы, складывающиеся из весьма небольших частиц разных металлов, таких как кобальт, никель, железо и др., не смотря на то, что правильный состав их держится в строжайшем секрете.

Чем действеннее катализатор, тем больше выход конечного продукта синтеза. У нас имеется обширный опыт производства синтетических углеводородов в Бинтулу, и отечественные инженеры всегда экспериментируют с новыми катализаторами на умелом заводе в Амстердаме». Сами катализаторы для производства изготавливает компания Criterion, входящая в состав концерна Shell.

Реакторы синтеза, которых на заводе Pearl GTL 24 штуки, содержат десятки тысяч трубчатых каналов. Любой канал заполнен гранулами пористого наполнителя, в котором находятся частицы катализатора (суммарная площадь поверхности катализатора огромна — она в 18 раз превышает площадь страны Катар). На умелом производстве употребляются совершенно верно такие же трубчатые каналы, но в значительно меньшем количестве — достаточно одной трубы, дабы смоделировать реакцию.

Такая конструкция позволяет легко масштабировать происходящие процессы методом повышения количества труб.

    Разработка Shell PurePlus При изготовлении базисного масла из нефти состав конечного продукта во многом определяется начальным составом сырья. Помимо этого, в конечном продукте остаются разные нестабильные вещества, такие как ароматические соединения (имеющие в собственной структуре бензольное кольцо). При синтеза из метана состав конечных продуктов определяется только разработкой синтеза, а чистота продуктов возможно намного более высокой.

В синтетических базисных маслах, взятых посредством разработки Shell PurePlus, содержание изопарафинов достигает 85%, тогда как в минеральных маслах групп II и III (по классификации API, American Petroleum Institute — Американского университета нефти) образовывает всего 15−25%.

Три этапа разработки

Целый процесс синтеза жидких углеводородов из газа в варианте Shell выглядит следующим образом. Газ поступает с офшорного месторождения «Северное поле», запасы которого оцениваются в 25 трлн кубов (это приблизительно 15% мировых запасов). На входе от основной составляющей газа, метана, отделяют главные примеси — серу, газовый конденсат (жидкие фракции) и этан.

Затем из смеси газа и кислорода, что приобретают тут же, на заводе Pearl GTL, при температуре около 1500 °C изготавливают синтез-газ — смесь моноксида водорода и углерода. В ходе изготовления синтез-газа выделяется большое количество тепла и образуется большое количество пара, что в будущем употребляется для вращения получения электроэнергии и турбин генераторов.

На втором этапе синтез-газ подается в реактор синтеза, где в присутствии катализатора молекулы объединяются в долгие углеводородные цепочки. На выходе этого этапа в качестве главного продукта синтеза получаются долгие предельные углеводороды — парафины. Из-за чего как раз парафины?

Дело в том, что эффективность конверсии метана вот в такие долгие углеводородные цепи выше. К тому же это комфортно с позиций конечных продуктов — долгие молекулы несложно разрезать на участки контролируемой длины. На протяжении синтеза выделяется большое количество тепла, а в качестве побочного продукта образуются пар (его направляют крутить турбины) и вода.

На третьем этапе парафины подвергаются гидрокрекингу (расщеплению и присоединению водорода), в ходе которого долгие молекулы расщепляются на более маленькие, и изомеризации. В зависимости от условий реакции (температура, давление) возможно приобретать самые различные фракции углеводородов — на заводе Pearl GTL это нафта, обычные парафины, авиакеросин, газойль (дизтопливо) и изопарафины.

    Фото Разработка Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS): получение жидких углеводородов из газа

Чистый плюс

Среди всех приобретаемых химических соединений особенный интерес воображают изопарафины, молекулы которых, кроме долгих прямых углеводородных цепочек, имеют маленькие боковые ответвления. «Такая форма молекул придает им неповторимые особенности, в частности довольно высокий индекс вязкости (другими словами вязкость мало зависит от температуры), — говорит Боб Сазерленд, директор по разработкам семейства моторных масел Shell Helix. — Именно поэтому изопарафины являются прекрасную базу для самых современных базисных моторных масел. По своим качествам изопарафины ничем не уступают признанному фавориту рынка синтетических моторных масел — полиальфаолефинам, ПАО.

А по некоторым особенностям изопарафины кроме того лучше. ПАО изготавливают методом химического синтеза из этилена, причем количество его сильно ограничено. А завод Pearl GTL имеет производительность по изопарафинам в миллион тысячь киллограм в год!»

Моторные масла семейства Shell Helix Ultra с разработкой PurePlus Technology, в базе которых лежат изопарафины, смогут иметь весьма низкую вязкость — SAE 0W30, 0W20, рекордно низкую на сегодня 0W16 либо кроме того экспериментальную 0W10. Такие показатели связаны с оптимизацией для экономии горючего — кое-какие варианты снабжают до 3% экономии. Но этим преимущества Shell PurePlus Technology не исчерпываются: к сильным сторонам таких масел возможно отнести стойкость к окислению при больших температурах, меньшее испарение в двигателе, и красивые моющие особенности (в сочетании с фирменной совокупностью Shell Active Cleansing Technology), разрешающие поддерживать двигатель, как говорит Боб Сазерленд, не просто чистым, а «в состоянии нового».

Но, возможно, основное преимущество созданной концерном Shell технологии GTL — это то, что она способна избавить человечество от страха, в котором оно пребывает последние сто лет. «Теоретически, — говорит Иэн Шеннон, — посредством отечественной технологии возможно изготавливать фактически каждые углеводороды. И это дает ответ на вопрос, что мы будем делать, в то время, когда (либо в случае если) внезапно закончится нефть».

Статья «Голландский жемчуг» размещена в издании «Популярная механика» (№142, август 2014).

ВОЗМОЖНО ЛИ, что НЕФТЬ ЗАКОНЧИТСЯ?


Темы которые будут Вам интересны: