Важной составляющей современного мирового сообщества является непрерывная конкуренция ведущих стран на рынке энергоресурсов. Традиционные нефть и природный газ занимают приоритетные позиции в экономиках развитых и развивающихся стран. Углеводородное сырье и продукты его переработки напрямую влияют и связаны с геополитическими процессами в мире, выступая залогом энергетической безопасности стран с одной стороны, и мощными аргументами на внешнеполитической арене - с другой.
Но эти ресурсы являются исчерпаемыми, а многим странам, в силу различных причин, - недоступными, и, в связи с этим, в последние десятилетия большой интерес вызывает промышленное производство углеводородов из синтез-газа.
В основе технологии производства углеводородов из синтез-газа лежат исследования немецких химиков Ф.Фишера и Х.Тропша в 20-х годах прошлого века, а сама технология получила широкую известность как «Реакция Фишера-Тропша». На сегодняшний день наиболее известны три типа технологических процессов получения ЖСУ, разделяемых по виду исходного сырья для получения синтез-газа:
- GTL (Gas to liquids) - здесь сырьем является газ (природный, попутный от нефтедобычи, сланцевый);
- CTL (Coal to liquids) - исходным сырьем является уголь и другие твердые горючие ископаемые;
- BTL (Biomass to liquids) - биологическое сырье и отходы.
Технология CTL получила наиболее широкое распространение в силу того, что, к примеру разведанные запасы бурого угля в энергетическом эквиваленте в несколько раз превышают резервы нефти и природного газа вместе взятых.
Наиболее крупные заводы, работающие по технологии CTL расположены в ЮАР, которая с 1955 года, не имея возможности импорта в страну нефти и нефтепродуктов, была вынуждена восполнять их дефицит, наладив производство ЖСУ из недорогого угля локальных месторождений. А в настоящее время самые амбициозные проекты реализуются в КНР, которая активно строит и запускает в эксплуатацию заводы по производству ЖСУ.
Безусловно, для реализации технологии производства ЖСУ, необходимо учитывать некоторые нюансы, связанные, к примеру с обеспечением экологической безопасности процесса и колебаниями цен на нефть на мировом рынке. Но есть и очевидные достоинства, одним из основных является отсутствие в ЖСУ серы и азотсодержащих соединений, перспективность их использования ЖСУ в качестве готового продукта или в качестве экологичного сырья в химической и нефтехимической промышленности.
ООО «Глобал СО» в кооперации с ведущими прикладными институтами России разработало Эскизный проект пилотного завода по производству ЖСУ по технологии CTL. Технологический процесс переработки угля в жидкие синтетические углеводороды включает в себя следующие стадии – топливоподготовка, газогенерация, газоочистка, адсорбция сернистых соединений, паровая конверсия генераторного газа, абсорбция углекислого газа, синтез Фишера-Тропша, паро-углекислотная конверсия продувочного газа. Для обеспечения технологического процесса используется водяной пар, кислород, электроэнергия. Возможно получение электроэнергии для собственных нужд в технологическом цикле.
Каталитический синтез углеводородов осуществляется в адиабатном реакторе Фишера-Тропша кожухотрубного или спирального типа с использованием кобальтового катализатора и рециркуляцией потока газа. В процессе синтеза образуются легкие углеводороды С1…С4 (газы), средние углеводороды С5…С12 (бензиновые фракции) и тяжелые углеводороды С13…С18 (дизельные фракции). Основная часть (до 80%) приходится на дизельные фракции.
Основные целевые товарные продукты – раздельно получаемые дизельные фракции (80% от выхода ЖСУ) и бензиновые фракции (20% от выхода ЖСУ).
Дополнительные целевые товарные продукты - раздельно получаемые тяжелые смолы (80% от выхода смолы) и легкие смолы (20% от выхода смолы).
Побочные товарные продукты – углекислота жидкая, сжиженный сернистый газ. Отходы производства – угольная крошка, угольная пыль, шлаки, сточные воды, выбросы углекислого газа (снижены в 30 раз по сравнению с прямым сжиганием угля за счет ожижения и использования углекислоты в технологическом процессе), выбросы сернистых соединений (снижены в 1000000 раз по сравнению с прямым сжиганием угля за счет глубокой очистки генераторного газа от сернистых соединений и улавливания и ожижения сернистого газа), выбросы окислов азота (снижены 1000 раз по сравнению с прямым сжиганием угля за счет применения парокислородного дутья).
Отличительные особенности предлагаемой технологии:
- парокислородное дутье при газификации угля, позволяющее существенно понизить уровень капитальных затрат на основное технологическое оборудование за счет сокращения его металлоемкости;
- оригинальная конструкция горнового газогенератора, позволяющая повысить удельную нагрузку на рабочий объем за счет применения специальных газовых фурм и шнеков;
- двух стадийная сероочистка, обеспечивающая остаточное содержание сернистых соединений в синтез на уровне ниже 0,6 ррм;
- оригинальный природный адсорбент сернистых соединений, имеющий большую сорбционную емкость;
- предотвращение сброса сернистых соединений в окружающую среду за счет сбора и ожижения сернистого газа;
- резкое сокращение сбросов углекислого газа в окружающую среду за счет его сжижения и использования в технологическом процессе паро-углекислотной конверсии продувочного газа;
- выделение безводной каменноугольной смолы в технологическом процессе для последующей реализации в качестве дополнительного целевого товарного продукта;
- оригинальная формула кобальтового катализатора синтеза Фишера-Тропша, обеспечивающая высокий уровень конверсии углерода, высокую селективность по жидкими синтетическим углеводородам и позволяющим значительно сократить потребный объем катализатора на единицу производимых ЖСУ;
- оригинальная конструкция реактора синтеза Фишера-Тропша, позволяющая обеспечить заданный тепловой режим и высокий выход ЖСУ;
- оригинальная схема организации процесса синтеза Фишера-Тропша, позволяющая получать основной целевой продукт – дизельные фракции – в свободном от воды виде без дополнительного устройства разделения;
- высокоэффективное устройство разделения водяного конденсата и бензиновых фракций с использованием физических методов обработки для получения бензиновых фракций в качестве основного целевого продукта;
- паро-углекислотная конверсия продувочного газа, позволяющая получить дополнительное количество целевого продукта – жидких синтетических углеводородов;
- высокий удельный выход целевого продукта – бензиновых и дизельных фракций;
- возможность реализации сжиженного сернистого газа как побочного товарного продукта;
- возможность получение сжиженного углекислого газа как побочного товарного продукта;
- максимальное использование выделяющихся в технологическом процессе тепловых ресурсов.