| Цена различных видов энергоносителей на условиях СИФ, Роттердам | |
| Вид топлива | Цена,долл./тонна |
| Нефтяное дизельное топливо | 220-240 |
| Сжиженный нефтяной газ | 240-260 |
| Пропан | 380-390 |
| Сжиженный природный газ (СПГ) | 165-175 |
| ДМЭ (Прим. Производительность установки - 1.5 млн тонн/год; Цена природного газа - $45/тыс. м3) | 160-180 |
| Синтетическое дизельное топливо по процессу Фишера-Тропша | 280-300 |
10.2. Перспектива ДМЭ
Моторные топлива, получаемые из природного газа, не содержат ароматических углеводородов, серы и характеризуются полнотой сгорания. Согласно оценке экспертов, на сегодняшний день наиболее перспективным (альтернативным нефтяному) дизельным топливом является диметиловый эфир. Помимо уже названных преимуществ синтетических топлив, синтезированных из природного газа, ДМЭ характеризуется высоким цетановым числом (55-60 против 40-55 для нефтяного дизельного топлива), а также отсутствием сажи и оксидов азота в выхлопных газах, что особенно важно для крупных городов. Стендовые испытания ДМЭ показали, что изменений в конструкции дизельного двигателя не требуется, необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива. Предварительные технико-экономические расчеты российских и зарубежных специалистов показывают, что производство ДМЭ из природного газа более выгодно, чем производство дизельного топлива по методу Фишера-Тропша.
| Физические свойства ДМЭ и других углеводородных топлив | ||||||
| Показатель | ДМЭ | Метан (СПГ) | Пропан | Метанол | Дизельное топливо | |
| Химическая формула | CH3OCH3 | CH4 | C3H8 | CH3OH | - | |
| Температура кипения, 0С | -25,1 | -161,5 | -42,0 | 64,6 | 180-370 | |
| Плотность при 200С, г/см3 | 0,67 | 0,42* | 0,49 | 0,79 | 0,84 | |
| Давление насыщенных паров при 250С, Мпа | 0,61 | 24,6 | 0,93 | - | - | |
| Вязкость кинематическая при 200С, мм2/с | 0,15 | - | 0,17 | - | 3-5 | |
| Температура воспламенения, 0С | 235 | 650 | 504 | 470 | 250 | |
| Предел взрываемости, % | 3,4-17 | 5-15 | 2,1- 9,4 | 5,5-26 | 0,6-7,5 | |
| Цетановое число | 55-60 | 0 | 5 | 5 | 40-55 | |
| Низшая теплота сгорания, кДж/кг | 28 900 | 50 300 | 46 500 | 21 100 | 42 500 | |
| * плотность СПГ определена при температуре минус 161,50С | ||||||
Таким образом, химическое превращение природного газа в ДМЭ непосредственно на газовом месторождении позволяет значительно сэкономить средства, связанные с транспортированием углеводородного топлива от мест добычи, и получить продукт, являющийся перспективным дизельным топливом (альтернативным нефтяному).
Из возможных направлений использования ДМЭ (топливо для бытовых нужд, моторное топливо, сырье для теплоэлектростанций) для европейского рынка наиболее вероятен транспорт. Несмотря на то, что в настоящее время ДМЭ используется исключительно в качестве пропелента и ежегодное мировое потребление не превышает 150 тыс. тонн, ожидается, что в ближайшие годы сформируется рынок ДМЭ как моторного топлива.
10.3. Выбор технологии переработки
В основе существующего процесса промышленного синтеза ДМЭ лежит экзотермическая реакция дегидратации метанола. Это относительно простой процесс, который целесообразен только для установок небольшой мощности и капиталоемкости. Синтез проводят при давлении около 1,0 МПа, температуре 290-4000С в адиабатическом реакторе в присутствии катализатора (оксид алюминия). Конверсия метанола за один проход составляет около 80%.
Рекомендовать данную технологию для крупнотоннажного производства ДМЭ нельзя, так как себестоимость ДМЭ, образующегося при дегидратации метанола, существенно (в 2 раза) выше, чем метанола.
Так как получение ДМЭ в любом случае проходит стадию образования метанола, то все предлагаемые к реализации технологии синтеза ДМЭ из природного газа являются, в общем случае, развитием метанольного производства и включают в себя ряд общих стадий: стадию риформинга природного газа в синтез-газ (смесь водорода и окиси углерода), на которую приходится до 70% общего объема затрат на процесс; стадию каталитического превращения синтез-газа в смесь метанола и ДМЭ, на которую приходится 20-25% капитальных затрат на процесс; стадию разделения метанола и ДМЭ.
В Российских академических институтах (ИНХС им. А.В.Топчиева, ИОХ им. А.Д.Зелинского) также проводятся работы по созданию технологии производства ДМЭ из природного газа. Исследования носят преимущественно академический характер, направлены на создание новых катализаторов получения ДМЭ из синтез-газа. Исследования, проводимые в ГНЦ НИФХИ им Л.Я.Карпова, направлены на разработку технологической схемы и конструктивного оформления процесса.
По-нашему мнению, ключевой стадией процесса химической конверсии природного газа в ДМЭ является стадия превращения метана в синтез-газ. Поэтому основной акцент при разработке технологий следует сделать на получение более дешевого синтез-газа по сравнению с существующими способами.
Технология "Тандем" (двухступенчатая парокислородная конверсия природного газа с трубчатым реактором), разработанная ГИАП (Россия) и фирмой Linde (Германия), в настоящее время является одной из самых эффективных технологий получения метанола из природного газа. В промышленном масштабе она реализована на ПО "Азот" (Беларусь). Производительность установки по перерабатываемому газу - 130 млн м3/год. По данной технологии проектируется установка производства метанола на АО "Нитроферт" (Эстония) производительностью по природному газу 400 млн м3/год.
Процесс "Тандем" имеет ряд очевидных преимуществ по сравнению с паровой конверсией природного газа в шахтном реакторе.
К ним следует отнести автотермичность процесса и замкнутый энергетический цикл, минимальный удельный расход природного газа на 1 тонну вырабатываемого продукта (расходный коэффициент получения 1 тонны метанола из природного газа составляет 85% от потенциально возможного, т.е. только 15% или 150 м3 природного газа из взятых 1 000 м3 потребляется для обеспечения энергетики процесса "Тандем"). Кроме того, обеспечивается низкий уровень выбросов вредных веществ (NOx, SO2, CO) в атмосферу.
В отличие от западных технологий конверсию синтез-газа в ДМЭ можно осуществлять без стадии ректификации. Общая рециркуляционная схема, характерная для синтеза метанола, остается без изменений. Реактор, как и в синтезе метанола, состоит из адиабатических слоев (полок), но отличается способом размещения катализатора дегидратации метанола и используемым циркулирующим агентом для охлаждения образующихся продуктов.
Конденсация состоит из трех ступеней: конденсатора влаги, конденсатора метанола и конденсатора ДМЭ. Предлагаемый способ позволяет получить ДМЭ без примесей метанола.
Процесс "Тандем" обеспечивает необходимый для последующей стадии состав синтез-газа при давлении в реакторе 30-90 атм. Это определяет благоприятные условия для создания агрегата производства ДМЭ без компрессора синтез-газа, что, безусловно, значительно повысит его технико-экономические показатели.
Предварительный анализ процесса показывает возможность создания агрегата производительностью 500-800 тыс. тонн в год по ДМЭ, оборудование которого имеет промышленные аналоги и может быть создано в однолинейном исполнении транспортабельных габаритов.
В настоящее время ВНИИГАЗ совместно с ГНЦ НИФХИ, ИВТАН, РГУНГ им. И.М.Губкина разрабатывает ТЭО по созданию завода производства ДМЭ единичной мощности 500 тыс. тонн в год. Работа проводится в рамках научно-технической подпрограммы "Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов недр России" федеральной целевой научно-технической программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" Министерства науки и технологий Российской Федерации. [27]
11. Производство ДМЭ из угля
Речь идет, прежде всего, о применении на угледобывающих предприятиях технологий и установок по переработке угля в особо ценные виды высокоэффективных и экологически чистых синтетических моторных топлив, таких например, как диметиловый эфир (ДМЭ). Тем более что именно сжиженный природный газ и синтетические моторные топлива, как известно, являются одним из приоритетов уже в только что принятой Энергетической стратегии России.
Применение этого высококачественного дизельного и энергетического топлива, альтернативного нефтяному, является настолько перспективным, что не только многие зарубежные компании и фирмы (BP, Marubeni, NKK, Air Products & Chemicals Inc.), но и ряд российских предприятий ведут работы по промышленному освоению этого весьма привлекательного в коммерческом отношении направления. Это обусловлено тем, что ДМЭ, как моторное топливо, в частности, имеет более высокое цетановое число (55-60 в отличие от 40-55 для нефтяного дизельного топлива), а при его сгорании в выхлопных газах практически отсутствуют сажа и оксиды азота.