Сравнительный анализ: методы получения синтез-газа (стр. 11 из 11)
6.2 Биотехнологическая конверсия биомассы
При биотехнологической конверсии, как правило, используется биомасса и прежде всего разнообразные органические отходы с влажностью не менее 75%, хотя в России разработаны научные основы биоконверсии биомассы с влажностью менее 75% - твердофазная метангенерация осадков сточных вод и твердых бытовых отходов [32].
Биологическая конверсия биомассы в топливо и энергию развивается по двум основным направлениям:
· ферментация с получением этанола, низших жирных кислот, углеводородов, липидов - это направление давно и успешно используется на практике;
· получение биогаза.
В настоящее время получение биогаза связано прежде всего с переработкой и утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой, спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков.
В России имеются технологии по переработке отходов птицеводства. Одна из них, разработанная Т. Я. Андрюхиным, введена в эксплуатацию в 1987-1988 гг. на Октябрьской птицефабрике Глебовского ППО Истринского района Московской области. Станция перерабатывает ежесуточно 10 т куриного помета механической уборки и производит до 1000 м3 биогаза и до 30 т экологически чистых органических удобрений [33].
Из биологических методов превращения биомассы наибольшее распространение получают анаэробная переработка и этанольная ферментация. В процессе анаэробной переработки или перегнивання (метановая ферментация) органические вещества разлагаются до СО2 и CH4. Возможность получения высококалорийного, топливного газа (СН4) путем биохимической переработки биомассы, частности экскрементов крупного рогатого скота, реализована сравнительно недавно. Процесс анаэробной переработки органических отходов происходит в отсутствии кислорода с участием различных групп бактерий.
Одним из способов переработки биомассы является ацетонобутанольная ферментация, в результате которой под действием микроорганизма образуется уксусная и масляная кислота, этанол, бутанол, ацетон, изопропанол, а также диоксид углерода и водород.
7. Продукты, получаемые на основе синтез-газа
Альтернативные технологии получения качественных моторных топлив включают стадии газификации твердого сырья в смесь CO и H2 и последующего синтеза углеводородных смесей, используемых в качестве бензина, дизельного топлива или компонентов моторных топлив по схеме (рис. 18).
Рис. 18. Схема получения продуктов из твердого органического сырья через синтез-газ.
Жидкие продукты процесса Фишера-Тропша, образующиеся из синтез-газа на промотированных железных или кобальтовых катализаторах, содержат преимущественно неразветвленные парафиновые углеводороды. Фракции этих жидких продуктов могут использоваться в качестве дизельных и турбинных топлив с минимальной переработкой.
Осуществление процесса Фишера – Тропша в жидкой фазе с использованием суспензии катализатора дает возможность перерабатывать синтез-газ с высоким содержанием CO в качественные жидкие топлива. Применение синтез-газа с высоким отношением CO\H2 позволяет исключить стадию конверсии CO водяным паром, которая обычно используется для получения дополнительного количества Н2, и повысить термическую эффективность процесса.
В таблице 7 представлены данные о продуктах, получаемых на основе синтез-газа.
Таблица 7.
Характеристика производства различных продуктов, получаемых на основе синтез-газа.
| Процесс | Продукт | Состав исходного газа | Расход 1 т конечного продукта | Затраты тв. топливана 1 т конечного продукта |
| Синтез аммиака | аммиак | 75% (об) H2, 25% (об) N2 | 2050 м3 H2+ 685 м3 N2 | 1,40 |
| Синтез метанола | метанол | 67% (об) Н2, 33% (об) CO | 1650 м3 H2+ 825 м3 CO | 1,50 |
| Оксосинтез | альдегиды, спирты | 50% (об) H2, 50%(об) CO | 600 м3 H2 + 600 м3 CO | 0,88 |
| Синтез у/в поФишеру-Тропшу | жидкиеуглеводороды | 33% (об) Н2, 67% (об) или67% (об) Н2, 33% (об) CO | 2000 м3 H2+ 4000 м3 CO или4000 м3 H2 + 2000 м3 CO | 3,85 |
| Прямое восстановлениежелеза | железная губка (92%Fe) | 33% (об) Н2, 67% (об) | 225 м3 H2 + 400 м3 CO | 0,45 |
| Гидрокрекингвакуумного дистиллятанефти | бензин | 100% (об) H2 | 500 м3 H2 | 0,02 |
| Гидрирование каменного угля | жидкие углеводороды | 100% (об) H2 | 2070 м3 H2 | 0,27 |
| Гидрированиебурогоугля | жидкиеуглеводороды | 100% (об) H2 | 1620 м3 H2 | 0,16 |
8. Заключение
В мире проводятся интенсивные исследования по усовершенствованию и замене традиционных методов получения синтез-газов на более современные, с целью снижения капиталовложений и эксплуатационных затрат на этой стадии.
В настоящее время удельные капитальные затраты производства моторных топлив из природного газа через стадию получения синтез-газа и синтез Фишера-Тропша почти в 2 раза выше, чем у процессов переработки нефти.
Перспективными являются работы по синтезу метанола и водородного топлива через процесс получения синтез-газа.
Из изученных материалов можно сделать следующие заключения:
· наиболее выгодным процессом крупнотоннажного получения синтез-газа остается паровая конверсия метана;
· самым дорогим процессам по капиталовложениям является паро-углекислотная конверсия метана, которая в то же время дает наибольший выход монооксида углерода;
· при сравнении 3-х методов газификации видно, что Koppers-Totzek практически по всем показателям превосходит методы Lurgi и Winkler;
· для экологической безопасности необходимо улучшать системы улавливания вредных примесей, а также подвергать более полной утилизации отработанные катализаторы.
9. Литература
1. Катализ в С1 – химии. / Под ред. Л. Кайма. Л.: Химия, 1987. 296 с.
2. Караханов Э. А., Что такое нефтехимия // Соросовский Образовательный журнал. 1996. № 2. С. 65─73.
3. Харитонов Ю. Я. Комплексные соединения // Соросовский Образовательный журнал. 1996. № 1. С. 48─56.
4. Химические вещества из угля. Пер. с нем./ Под ред. Э. Фальбе – М: Химия, 1980. ─ 616 с.
5. Бекаев Л. С., Марченко О. В., Пинегин С. П. и др. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию – Новосибирск: Наука, 2000. ─ 300с.
6. Шиллинг Г.-Д., Бонн Б.. Краус У. Газификация угля / Пер. с нем. и ред. С. Р. Исламова – МЖ Недра, 1986 – 175 с.
7. Патент 2052492 РФ. Способ получения синтез-газа и газификатор вертикального типа / С. Р. Исламов, С. Г. Степанов, А. Б. Морозов, О. С. Пивоваров, В. А. Збруев. – Опубл. 20. 01.1996 г. в БИ № 2. – 4 с.
8. Патент 2144844 РФ. Катализатор (его варианты) и процесс получения синтез-газа / Павлова С.Н., Сапутина Н.Ф., Садыков В.А., Бунина Р.В., Исупов В.П. ─ Опубл. 27.01.2000 в БИ № 9. – 13 с. Патентообладатель: Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН
9. Dybkjaer J., Hansen J.B. Proc. IV Int. Natural Gas Conversion Symp. Kruger National Park, South Africa, 1995. Amsterdam: Elsevier. 1997, p. 99 ─116.
10. Fleisch T.N., Basu A., Gradassi M.J., Masin J.C. Ibid., p. 117.
11. Бодров И. М., Апельбаум Л. О. Кинетика и катализ, 1967, т. 8, № 4, с. 379─384.
12. Bradford M.C.J., Vannice M.A. Catal. Today, 1999, v. 50, № 1, p. 87─96.
13. Nakamura J., Aikawa K., Sato K., Uchijima T. Catal. Lett., 1994, v. 29, p. 261.
14. Крылов О.В., Мамедов А.Х. Успехи химии, 1995, т. 64, № 9, с. 935─959.
15. Erdohelyi A., Fodor K., Solymosi F.. Proc. IV Int. National Gas Conversion Symp. Kruger National Park, South Africa, 1995. Amsterdam: Elsevier, 1997, p. 525─530.
16. Kroll V.C.H., Tjatjopoulos G.J., Mirodatos C. Proc. V Int. Natura Gas Conversion Symp. Giardini-Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam Elsevier, 1998, p. 753─758.
17. Schuurman Y., Marquez-Alvarez C., Kroll V.C.H., Mirodatos C. Catal. Today, 1998, v. 46, № 2.3, p. 185─192.
18. Gronchi P., Centola P., Kaddouri A., Del Rosso R. Proc. V Int. Natural Gas Conversion Symp. Giardini Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam: Elsevier, 1998, p. 735─740.
19. Бобров Н.Н., Боброва И.И., Собянин В.А. Кинетика и катализ, 1993, т. 34, № 4, с 257─258.
20. Bobrova I.I., Bobrov N.N., Davydov A.A. Catal. Today, 1995, v. 24, № 3, p. 429─439.
21. Tomishige K., Chen Y., Yamazaki O. e.a. Proc. V Int. Natural Gas Conversion Symp. Giardini-Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam: Elsevier, 1998, p. 861─866.
22. Томишиге К., Химено И., Ямазаки О. и др. Кинетика и катализ 1999, т. 40, № 3, с. 432─439.
23. Исаев О.В., Корчак В.Н., Крылов О.В. и др. Кинетика и катализ 2000, т. 45, № 11, с. 178─201.
24. O.Connor A.M., Ross J.R.H. Abstr. 5-th European Workshop on Methane Activation. Linerik, Ireland, 1997.
25. Содесава Т. Кинетика и катализ, 1998, т. 40, № 3, с. 452─453.
26. Krylov O.V., Mamedov A.Kh., Mirzabekova S.R. Catal. Today, 2000 г. v. 32, № 4, p. 173─189.
27. Бодров И.М., Апельбаум Л.О., Темкин М.И. Кинетика и катализ, 1998, т. 5, № 4, с. 696─703.
28. Н. И. Курбатов, А. К. Зайце ─ Конверсия природного газа в жидкое топливо // журнал «Потенциал», 1996. № 11. С. 44─52.
29. Панцхава Е.С., Кошкин Н.Л. Использование энергии биомассы в России: Проблемы и перспективы // Тезисы германо-российской конференции "Возобновляемые источники энергии и их роль в энергетической политике России и Германии". 1994. 24-26 октября, Фрайбург.
30. Кузнецов Б. Н. Новые подходы в химической переработке углей // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 6. С. 50─58.
31. Шелдон Р. А. Химические продукты на основе синтез-газа: Пер. с англ. М.: Химия, 1987.
32. Березин И.В., Панцхава Е.С. Техническая биоэнергетика // Биотехнология. 1986. Т. 2. № 2. С. 1-12; № 3. С. 8-15. Панцхава Е.С., Давиденко Е.В. Метангенерация твердых органических отходов городов // Биотехнология. 1990. Т. 6. №4. С. 49-53.
33. Ре-циркуляционное анаэробное сбраживание отходов сельского хозяйства с выработкой биогаза / Т.Я. Андрюхин, Н.К. Свириденко, Ю.В. Савельев и др. // Биотехнология. 1989. Т. 5. №2. С. 219-225.
34. Караханов Э. А. Синтез-газ как альтернатива нефти. 1. Процесс Фишера-Тропша и оксо-синтез // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 6. С.69.