stringtranslate.com

Синтетическое топливо

Параллельное сравнение синтетического топлива FT и обычного топлива. Синтетическое топливо чрезвычайно чистое из-за почти полного отсутствия серы и ароматических соединений.

Синтетическое топливо или синтетическое топливо — это жидкое топливо , а иногда и газообразное топливо , получаемое из синтез-газа , смеси оксида углерода и водорода , в котором синтез-газ был получен путем газификации твердого сырья, такого как уголь или биомасса , или путем реформинга природного газа . [1]

Распространенные способы очистки синтетического топлива включают преобразование Фишера-Тропша , [2] [3] [ необходим лучший источник ] преобразование метанола в бензин , [4] [ необходим лучший источник ] или прямое сжижение угля . [5] [ необходим лучший источник ]

Классификация и принципы

Термины «синтетическое топливо» или «синтетическое топливо» имеют ряд значений.

Синтетическое топливо производится путем химического процесса преобразования . [11] Методы преобразования могут быть прямым преобразованием в жидкое транспортное топливо или косвенным преобразованием, при котором исходное вещество первоначально преобразуется в синтез-газ , который затем проходит дополнительные процессы преобразования, чтобы стать жидким топливом. [6] Основные методы преобразования включают карбонизацию и пиролиз , гидрогенизацию и термическое растворение . [14]

История

Руины немецкого завода по производству синтетического бензина ( Hydrierwerke Pölitz AG ) в Полице, Польша

Процесс прямого преобразования угля в синтетическое топливо первоначально был разработан в Германии. [15] Фридрих Бергиус разработал процесс Бергиуса , который получил патент в 1913 году. Карл Гольдшмидт пригласил Бергиуса построить промышленный завод на его заводе Th. Goldschmidt AG (часть Evonik Industries с 2007 года) в 1914 году. [16] Производство началось в 1919 году. [17] [ необходима цитата ]

Косвенная конверсия угля (где уголь газифицируется, а затем преобразуется в синтетическое топливо) также была разработана в Германии Францем Фишером и Гансом Тропшем в 1923 году. [15] Во время Второй мировой войны (1939-1945) Германия использовала производство синтетической нефти ( нем . Kohleverflüssigung ) для производства заменителей ( Ersatz ) нефтепродуктов с использованием процесса Бергиуса (из угля), процесса Фишера-Тропша ( водяной газ ) и других методов ( Цайц использовал процессы TTH и MTH). [18] [19] В 1931 году Британский департамент научных и промышленных исследований, расположенный в Гринвиче , Англия, создал небольшую установку, где водородный газ смешивался с углем при чрезвычайно высоких давлениях для получения синтетического топлива. [20]

Заводы по переработке Бергиуса стали [ когда? ] основным источником высококачественного авиационного бензина, синтетического масла, синтетического каучука , синтетического метанола , синтетического аммиака и азотной кислоты для нацистской Германии . Почти треть продукции Бергиуса поступала с заводов в Пёлице ( польск . Police ) и Лойне , а еще 1/3 — с пяти других заводов ( в Людвигсхафене был гораздо меньший завод Бергиуса [21], который улучшал «качество бензина путем дегидрирования» с использованием процесса DHD). [19]

Синтетические сорта топлива включали «TL [реактивное] топливо», «авиационный бензин первого качества», «авиационный базовый бензин» и «бензин - среднее масло»; [19] а также «генераторный газ» и дизельное топливо синтезировались в качестве топлива (например, переоборудованные бронированные танки использовали генераторный газ). [18] : 4, s2  К началу 1944 года производство синтетического топлива в Германии достигло более 124 000 баррелей в день (19 700 м 3 /д) на 25 заводах, [22] включая 10 в Рурской области . [23] : 239  В 1937 году четыре завода по переработке лигнитового угля в центральной Германии в Бёлене , Лойне, Магдебурге /Ротензее и Цайце, а также завод по переработке битуминозного угля в Шольвене/ Буэре в Рурской области произвели 4,8 миллиона баррелей (760 × 10 3  м 3 ) топлива. Впоследствии были построены четыре новых завода по гидрогенизации ( нем . Hydrierwerke ) в Ботроп -Вельхайме (которые использовали «битуминозный каменноугольный пек»), [19] Гельзенкирхене (Нордштерн), Пёлице и, производительностью 200 000 тонн/год [19] Весселинге . [24] Нордштерн и Пёлиц/ Штеттин использовали битуминозный уголь, как и новые заводы Блеххаммера . [19] Гейдебрек синтезировал пищевое масло, которое было испытано на заключенных концентрационных лагерей . [25] После бомбардировки союзниками немецких заводов по производству синтетического топлива (особенно в мае-июне 1944 года) Специальный штаб Гейленберга использовал 350 000 человек, в основном иностранных, на принудительных работах для реконструкции разбомбленных заводов по производству синтетического масла, [23] : 210, 224  и, в рамках чрезвычайной программы децентрализации, Mineralölsicherungsplan  [de] (1944-1945), для строительства 7 подземных заводов по гидрогенизации с защитой от бомбардировок (ни один не был достроен). (Планировщики отклонили более раннее подобное предложение, ожидая, что силы Оси выиграют войну до того, как будут достроены бункеры .) [21] В июле 1944 года проект подземного завода по производству синтетического масла «Кукушка» (800 000 м2 ) был «вырезан из Химмельсбурга » к северу от Миттельверка , но завод остался незавершенным к концу Второй мировой войны. [18]^ Производство синтетического топлива стало еще более важным для нацистской Германии, когда 24 августа 1944 года войска Советской Красной Армии оккупировали нефтяные месторождения Плоешти в Румынии, лишив Германию доступа к ее важнейшему природному источнику нефти.

Технологии непрямого синтеза Фишера-Тропша («FT») были завезены в Соединенные Штаты после Второй мировой войны, и завод производительностью 7000 баррелей в день (1100 м 3 /д) был спроектирован HRI и построен в Браунсвилле, штат Техас . Завод представлял собой первое коммерческое использование высокотемпературного преобразования Фишера-Тропша. Он работал с 1950 по 1955 год, когда был закрыт после падения цен на нефть из-за увеличения добычи и крупных открытий на Ближнем Востоке. [15]

В 1949 году Горное бюро США построило и эксплуатировало демонстрационный завод по переработке угля в бензин в Луизиане, штат Миссури . [26] Заводы прямой переработки угля также были разработаны в США после Второй мировой войны, включая завод мощностью 3 тонны в день в Лоуренсвилле, штат Нью-Джерси , и завод мощностью 250-600 тонн в день в Кэтлеттсбурге, штат Кентукки . [27]

В последующие десятилетия Южно-Африканская Республика создала государственную нефтяную компанию, включающую крупное предприятие по производству синтетического топлива . [ необходима цитата ]

Процессы

Многочисленные процессы, которые можно использовать для производства синтетического топлива, в целом делятся на три категории: косвенные, прямые и биотопливные процессы. [ сомнительно – обсудить ]

Косвенное преобразование

Косвенная конверсия имеет самое широкое применение в мире, при этом общемировой объем добычи составляет около 260 000 баррелей в день (41 000 м 3 /д), а также множество дополнительных проектов находятся в стадии активной разработки. [ необходима цитата ]

Косвенная конверсия в широком смысле относится к процессу, в котором биомасса, уголь или природный газ преобразуются в смесь водорода и оксида углерода, известную как синтез-газ, либо посредством газификации , либо парового риформинга метана , и этот синтез-газ перерабатывается в жидкое транспортное топливо с использованием одного из ряда различных методов конверсии в зависимости от желаемого конечного продукта. [28]

Основными технологиями, которые производят синтетическое топливо из синтез-газа, являются синтез Фишера-Тропша и процесс Mobil (также известный как Methanol-To-Gasoline, или MTG). В процессе Фишера-Тропша синтез-газ реагирует в присутствии катализатора, превращаясь в жидкие продукты (в основном дизельное топливо и реактивное топливо ) и потенциально в парафины (в зависимости от используемого процесса FT). [29]

Процесс производства синтетического топлива путем непрямого преобразования часто называют «уголь в жидкость» (CTL), «газ в жидкость» (GTL) или «биомассу в жидкость» (BTL) в зависимости от исходного сырья. По крайней мере три проекта (Ohio River Clean Fuels, Illinois Clean Fuels и Rentech Natchez) объединяют уголь и биомассу в качестве сырья, создавая гибридное синтетическое топливо, известное как «уголь и биомасса в жидкость» (CBTL). [30]

Технологии процесса косвенного преобразования также могут использоваться для производства водорода, потенциально пригодного для использования в транспортных средствах на топливных элементах, либо в качестве побочного продукта в спутном потоке, либо в качестве основного продукта. [31]

Прямое преобразование

Прямая конверсия относится к процессам, в которых уголь или биомасса напрямую преобразуются в промежуточные или конечные продукты, избегая преобразования в синтез-газ посредством газификации . Процессы прямой конверсии можно в целом разделить на два различных метода: пиролиз и карбонизация, а также гидрогенизация. [32]

Процессы гидрогенизации

Одним из основных методов прямого преобразования угля в жидкости путем гидрогенизации является процесс Бергиуса. [33] В этом процессе уголь сжижается путем нагревания в присутствии газообразного водорода (гидрогенизация). Сухой уголь смешивается с тяжелой нефтью, рециркулированной в процессе. Катализаторы обычно добавляются в смесь. Реакция происходит при температуре от 400 °C (752 °F) до 500 °C (932 °F) и  давлении водорода от 20 до 70 МПа . [34] Реакцию можно обобщить следующим образом: [34]

После Первой мировой войны в Германии было построено несколько заводов; эти заводы активно использовались во время Второй мировой войны для снабжения Германии горючим и смазочными материалами. [35]

Процесс Kohleoel, разработанный в Германии компаниями Ruhrkohle и VEBA , использовался на демонстрационном заводе производительностью 200 тонн лигнита в день, построенном в Ботропе , Германия. Этот завод работал с 1981 по 1987 год. В этом процессе уголь смешивается с переработанным растворителем и железным катализатором. После предварительного нагрева и повышения давления добавляется H2 . Процесс происходит в трубчатом реакторе при давлении 300 бар и температуре 470 °C (880 °F). [36] Этот процесс также исследовался компанией SASOL в Южной Африке.

В 1970-1980-х годах японские компании Nippon Kokan , Sumitomo Metal Industries и Mitsubishi Heavy Industries разработали процесс NEDOL. В этом процессе смесь угля и переработанного растворителя нагревается в присутствии катализатора на основе железа и H2 . Реакция происходит в трубчатом реакторе при температуре от 430 °C (810 °F) до 465 °C (870 °F) при давлении 150-200 бар. Полученная нефть имеет низкое качество и требует интенсивной доработки. [36] Процесс H-Coal, разработанный Hydrocarbon Research, Inc. в 1963 году, смешивает измельченный уголь с переработанными жидкостями, водородом и катализатором в реакторе с кипящим слоем . Преимущества этого процесса заключаются в том, что растворение и повышение качества масла происходят в одном реакторе, продукты имеют высокое соотношение H:C и быстрое время реакции, в то время как основными недостатками являются высокий выход газа, высокое потребление водорода, а полученное масло пригодно только в качестве котельного топлива из-за примесей. [37]

Процессы SRC-I и SRC-II (Solvent Refined Coal) были разработаны компанией Gulf Oil и внедрены в качестве пилотных установок в Соединенных Штатах в 1960-х и 1970-х годах. [36] Корпорация Nuclear Utility Services разработала процесс гидрогенизации, который был запатентован Уилберном К. Шредером в 1976 году. Процесс включал высушенный, измельченный уголь, смешанный с примерно 1% молибденовых катализаторов. [11] Гидрогенизация происходила при высокой температуре и давлении, с получением синтез-газа в отдельном газификаторе. В конечном итоге процесс дал синтетический сырой продукт, нафту , ограниченное количество газа C 3 /C 4 , легкие и средние жидкости (C 5 -C 10 ), пригодные для использования в качестве топлива, небольшие количества NH 3 и значительные количества CO 2 . [38] Другими одноступенчатыми процессами гидрирования являются процесс с донорным растворителем Exxon , процесс высокого давления Imhausen и процесс с использованием хлорида цинка Conoco. [36]

Было разработано несколько двухступенчатых процессов прямого сжижения. После 1980-х годов были разработаны только каталитический двухступенчатый процесс сжижения, модифицированный из процесса H-Coal; процесс экстракции жидким растворителем British Coal ; и процесс сжижения бурого угля Japan. [36]

Chevron Corporation разработала процесс, изобретенный Джоэлем В. Розенталем, названный Chevron Coal Liquefaction Process (CCLP). Он уникален из-за тесного соединения некаталитического растворителя и каталитической гидрообрабатывающей установки. Полученная нефть имела свойства, которые были уникальными по сравнению с другими угольными маслами; она была легче и имела гораздо меньше гетероатомных примесей. Процесс был масштабирован до уровня 6 тонн в день, но не был доказан в коммерческих целях.

Процессы пиролиза и карбонизации

Существует ряд различных процессов карбонизации. Преобразование карбонизации происходит посредством пиролиза или деструктивной перегонки , и оно производит конденсируемую каменноугольную смолу , масло и водяной пар, неконденсируемый синтетический газ и твердый остаток - уголь . Конденсированная каменноугольная смола и масло затем дополнительно обрабатываются путем гидрогенизации для удаления видов серы и азота , после чего они перерабатываются в топливо. [37]

Типичным примером карбонизации является процесс Каррика . Процесс был изобретен Льюисом Кассом Карриком в 1920-х годах. Процесс Каррика представляет собой низкотемпературный процесс карбонизации , при котором уголь нагревается при температуре от 680 °F (360 °C) до 1380 °F (750 °C) в отсутствие воздуха. Эти температуры оптимизируют производство каменноугольных смол, более богатых легкими углеводородами, чем обычная каменноугольная смола. Однако полученные жидкости в основном являются побочным продуктом, а основным продуктом является полукокс, твердое и бездымное топливо. [39]

Процесс COED, разработанный корпорацией FMC , использует псевдоожиженный слой для обработки в сочетании с повышением температуры через четыре стадии пиролиза. Тепло передается горячими газами, полученными при сжигании части полученного угля. Модификация этого процесса, процесс COGAS, включает в себя добавление газификации угля. [37] Процесс TOSCOAL, аналог процесса реторты горючего сланца TOSCO II и процесса Lurgi-Ruhrgas , который также используется для извлечения сланцевого масла , использует горячие переработанные твердые частицы для передачи тепла. [37]

Выходы жидкости при пиролизе и процессах Каррика, как правило, низкие для практического использования в производстве синтетического жидкого топлива. [39] Кроме того, полученные жидкости имеют низкое качество и требуют дальнейшей обработки, прежде чем их можно будет использовать в качестве моторного топлива. Подводя итог, можно сказать, что маловероятно, что этот процесс даст экономически выгодные объемы жидкого топлива. [39]

Процессы производства биотоплива

Одним из примеров процесса синтетического топлива на основе биотоплива является топливо Hydrotreated Renewable Jet (HRJ). Существует ряд вариантов этих процессов, находящихся в стадии разработки, и начинается процесс тестирования и сертификации для авиационного топлива HRJ. [40] [41]

UOP разрабатывает два таких процесса . Один с использованием твердого сырья биомассы, а другой с использованием биомасла и жиров. Процесс с использованием твердых источников биомассы второго поколения, таких как просо или древесная биомасса, использует пиролиз для производства биомасла, которое затем каталитически стабилизируется и дезоксигенируется для получения реактивного топлива. Процесс с использованием натуральных масел и жиров проходит через процесс дезоксигенации, за которым следуют гидрокрекинг и изомеризация для получения возобновляемого синтетического парафинового керосина для реактивных двигателей. [42]

Переработка нефтяного песка и сланца

Синтетическая сырая нефть может также быть создана путем модернизации битума (смолаподобного вещества, обнаруженного в нефтяных песках ) или синтеза жидких углеводородов из сланца. Существует ряд процессов извлечения сланцевого масла (синтетической сырой нефти) из сланца путем пиролиза, гидрогенизации или термического растворения. [14] [43]

Увеличение октанового числа

Тетраэтилсвинец был добавкой по умолчанию для повышения октанового числа в бензине, в частности, важной для синтетического топлива, как в Третьем Рейхе, Германия, приобретя этот производственный процесс и оборудование из США через DuPont, согласно профессору доктору Энтони С. Саттону. Тетраэтилсвинец расформирован для наземного применения из-за токсичности свинца .

Коммерциализация

Мощность заводов по производству коммерческого синтетического топлива во всем мире составляет более 240 000 баррелей в день (38 000 м 3 /день), включая заводы по непрямой конверсии Фишера-Тропша в Южной Африке ( Mossgas , Secunda CTL ), Катаре ( Oryx GTL ) и Малайзии (Shell Bintulu), а также завод по переработке метанола в бензин в Новой Зеландии. [6] [44] Мощность заводов по производству синтетического топлива составляет приблизительно 0,24% от 100 миллионов баррелей в день по переработке сырой нефти во всем мире. [45]

Компания Sasol , базирующаяся в Южной Африке, управляет единственным в мире коммерческим заводом по переработке угля в жидкое топливо по методу Фишера-Тропша в Секунде производительностью 150 000 баррелей в день (24 000 м 3 /день). [46] Британская компания Zero , соучредителем которой является бывший технический директор Формулы-1 Пэдди Лоу , разработала решение, которое она называет «петросинтезом», для разработки синтетического топлива, и в 2022 году она начала работу над демонстрационным производственным заводом [47] в Bicester Heritage недалеко от Оксфорда.

Экономика

Экономика производства синтетического топлива сильно различается в зависимости от используемого сырья, точного применяемого процесса, характеристик участка, таких как стоимость сырья и транспортировки, а также стоимость дополнительного оборудования, необходимого для контроля выбросов. Описанные ниже примеры указывают на широкий диапазон производственных затрат от 20 долл. США/ баррель для крупномасштабного производства газа в жидкость до 240 долл. США/баррель для мелкомасштабного производства биомассы в жидкость и улавливания и секвестрации углерода. [30]

Чтобы быть экономически жизнеспособными, проекты должны быть намного лучше, чем просто конкурировать с нефтью. Они также должны генерировать достаточную окупаемость инвестиций, чтобы оправдать капиталовложения в проект. [30]

Соображения безопасности

Центральным соображением для разработки синтетического топлива является фактор безопасности обеспечения внутренних поставок топлива из отечественной биомассы и угля. Страны, богатые биомассой и углем, могут использовать синтетическое топливо, чтобы компенсировать использование нефтяного топлива и иностранной нефти. [48]

Экологические соображения

Воздействие синтетического топлива на окружающую среду значительно варьируется в зависимости от того, какой процесс применяется, какое сырье используется, какие меры контроля загрязнения применяются, а также каково расстояние и метод транспортировки как для закупки сырья, так и для распределения конечного продукта. [30]

Во многих местах разработка проекта будет невозможна из-за ограничений, связанных с выдачей разрешений, если будет выбрана технология, не соответствующая местным требованиям к чистоте воздуха, воды и, все чаще, выбросов углерода в течение жизненного цикла. [49] [50]

Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла

Среди различных технологий производства непрямого синтетического топлива FT потенциальные выбросы парниковых газов сильно различаются. Ожидается, что уголь в жидкости («CTL») без улавливания и секвестрации углерода («CCS») приведет к значительно большему углеродному следу, чем обычное топливо, полученное из нефти (+147%). [30] С другой стороны, биомасса в жидкости с CCS может обеспечить сокращение выбросов парниковых газов за жизненный цикл на 358% . [30] Оба этих завода в основном используют технологию газификации и преобразования синтетического топлива FT, но они обеспечивают сильно различающиеся экологические следы. [ требуется ссылка ]

Профили выбросов углерода в течение жизненного цикла различных видов топлива, включая многие виды синтетического топлива. Совместное преобразование угля и биомассы в транспортное топливо, Майкл Э. Рид, DOE NETL Office of Fossil Energy, 17 октября 2007 г.

Как правило, CTL без CCS имеет более высокий след парниковых газов. CTL с CCS имеет 9-15% сокращение выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла по сравнению с дизельным топливом, полученным из нефти. [30] [51]

Установки CBTL+CCS, которые смешивают биомассу с углем, одновременно поглощая углерод, работают тем лучше, чем больше биомассы добавляется. В зависимости от типа биомассы, предположений о корневом хранилище и транспортной логистике, при консервативном соотношении 40% биомассы и угля установки CBTL+CCS достигают нейтрального парникового газового следа жизненного цикла. При более чем 40% биомассы они начинают становиться отрицательными по жизненному циклу и эффективно хранят углерод в земле для каждого галлона топлива, которое они производят. [30]

В конечном итоге заводы BTL, использующие CCS, могли бы хранить огромные объемы углерода, одновременно производя транспортное топливо из экологически чистого сырья биомассы, хотя существует ряд существенных экономических препятствий и несколько технических препятствий, которые необходимо преодолеть для создания таких объектов. [30]

Серьезное внимание также должно быть уделено типу и способу закупки сырья для угля или биомассы, используемых на таких объектах, поскольку безрассудное развитие может усугубить экологические проблемы, вызванные горной добычей , изменением землепользования, стоком удобрений, проблемами с продовольствием и топливом или многими другими потенциальными факторами. Или они не могли бы, в зависимости полностью от факторов, специфичных для проекта, на основе каждого завода. [ необходима цитата ]

Исследование Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США с гораздо более подробной информацией о выбросах в течение жизненного цикла CBTL «Доступное низкоуглеродное дизельное топливо из отечественного угля и биомассы». [30]

Недавно были также предложены гибридные водородно-углеродные процессы [52] в качестве еще одной альтернативы замкнутому углеродному циклу, объединяющей «чистую» электроэнергию , переработанный CO, H2 и уловленный CO2 с биомассой в качестве входных данных, что позволяет сократить необходимое количество биомассы. [ требуется ссылка ]

Выбросы топлива

Топлива, получаемые различными способами синтеза топлива, также имеют широкий диапазон потенциальных экологических характеристик, хотя они, как правило, весьма однородны в зависимости от типа используемого способа синтеза топлива (например, характеристики выбросов выхлопных газов дизельного топлива Фишера-Тропша, как правило, одинаковы, хотя их жизненный цикл выбросов парниковых газов может существенно различаться в зависимости от того, на каком заводе было произведено топливо, в зависимости от исходного сырья и соображений по улавливанию на уровне завода). [ необходима ссылка ]

В частности, дизельное и реактивное топливо Фишера-Тропша обеспечивает резкое повсеместное снижение всех основных загрязняющих веществ, таких как SOx, NOx, твердые частицы и выбросы углеводородов. [53] Эти виды топлива, благодаря своей высокой степени чистоты и отсутствию загрязняющих веществ, позволяют использовать передовое оборудование для контроля выбросов. В динамометрическом исследовании 2005 года, имитирующем городское вождение, было показано, что эта комбинация фактически устраняет выбросы HC, CO и PM от дизельных грузовиков с 10%-ным увеличением расхода топлива при использовании газожидкостного топлива Shell, оснащенного комбинированным сажевым фильтром и каталитическим нейтрализатором, по сравнению с теми же грузовиками, не модифицированными с использованием дизельного топлива California Air Resource Board. [54]

В своих показаниях перед Подкомитетом по энергетике и окружающей среде Палаты представителей США старший научный сотрудник компании Rentech сделал следующее заявление:

Топливо FT предлагает многочисленные преимущества для пользователей авиации. Первое — это немедленное сокращение выбросов твердых частиц. Реактивное топливо FT, как было показано в лабораторных камерах сгорания и двигателях, сокращает выбросы PM на 96% на холостом ходу и на 78% в крейсерском режиме. Проверка сокращения выбросов других турбинных двигателей все еще продолжается. Одновременно с сокращением выбросов PM происходит немедленное сокращение выбросов CO 2 от топлива FT. Топливо FT по своей сути сокращает выбросы CO 2 , поскольку оно имеет более высокое содержание энергии на содержание углерода в топливе, и топливо менее плотное, чем обычное реактивное топливо, что позволяет самолету лететь дальше при той же загрузке топлива. [55]

«Чистота» этих синтетических топлив FT дополнительно подтверждается тем фактом, что они достаточно нетоксичны и экологически безопасны, чтобы считаться биоразлагаемыми. Это в первую очередь связано с почти полным отсутствием серы и крайне низким уровнем ароматических соединений, присутствующих в топливе. [56]

В 2023 году исследование, опубликованное Центром передового опыта по энергетической безопасности НАТО, пришло к выводу, что синтетическое топливо FT представляет собой один из наиболее перспективных путей декарбонизации для военной мобильности на суше, на море и в воздухе. [57]

Устойчивость

Одной из проблем, часто поднимаемых в связи с разработкой заводов по производству синтетического топлива, является устойчивость. По сути, переход от нефти к углю или природному газу для производства транспортного топлива — это переход от одного изначально истощаемого геологически ограниченного ресурса к другому.

Одной из положительных определяющих характеристик производства синтетического топлива является возможность использования нескольких видов сырья (уголь, газ или биомасса) для производства одного и того же продукта на одном и том же заводе. В случае гибридных заводов BCTL некоторые предприятия уже планируют использовать значительный компонент биомассы наряду с углем. В конечном счете, при наличии подходящего местоположения с хорошей доступностью биомассы и достаточно высоких цен на нефть, заводы по производству синтетического топлива могут быть переведены с угля или газа на 100%-ное сырье из биомассы. Это обеспечивает путь вперед к возобновляемому источнику топлива и, возможно, более устойчивому, даже если завод изначально производил топливо исключительно из угля, делая инфраструктуру совместимой с будущим, даже если исходное ископаемое сырье закончится. [ необходима цитата ]

Некоторые процессы синтетического топлива могут быть преобразованы в устойчивые методы производства легче, чем другие, в зависимости от выбранного технологического оборудования. Это важное соображение при проектировании, поскольку эти объекты планируются и реализуются, поскольку в плане завода должно быть оставлено дополнительное пространство для размещения любых будущих требований к изменению завода с точки зрения обработки материалов и газификации, которые могут потребоваться для размещения будущих изменений в профиле производства. [ необходима цитата ]

Для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания

Электротопливо из возобновляемых источников энергии может заменить ископаемое топливо .

Электротопливо , также известное как электронное топливо или синтетическое топливо , является типом замещающего топлива. Оно производится с использованием уловленного диоксида углерода или оксида углерода вместе с водородом , полученным из устойчивых источников электроэнергии, таких как энергия ветра, солнца и атомной энергии. [58]

Процесс использует углекислый газ в производстве и выбрасывает примерно такое же количество углекислого газа в воздух при сжигании топлива, что обеспечивает низкий общий углеродный след. Таким образом, электротопливо является вариантом для сокращения выбросов парниковых газов от транспорта, особенно для дальних грузовых перевозок, морского и воздушного транспорта. [59]

Основными целевыми топливами являются бутанол и биодизель , но также включаются другие спирты и углеродсодержащие газы, такие как метан и бутан .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Рут, Джон С.; Стефанопулос, Грегори (2023). «Синтетическое топливо: что это и откуда оно взялось?». Current Opinion in Biotechnology . 81 : 102919. doi : 10.1016/j.copbio.2023.102919.
  2. ^ "Жидкое топливо - синтез Фишера-Тропша". Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 8 июня 2014 года . Получено 25 июля 2014 года .
  3. ^ Дж. Лоосдрехт, Ван Де; Ботес, ФГ; Чобица, ИМ; Феррейра, AC; Гибсон, П.; Мудли, диджей; Саиб, AM; Висаги, JL; Вестстрат, CJ; Ниеманцвердриет, JW (2013). «Синтез Фишера-Тропша: катализаторы и химия». Комплексная неорганическая химия II: от элементов к приложениям . Поверхностная неорганическая химия и гетерогенный катализ: 525–557. дои : 10.1016/B978-0-08-097774-4.00729-4. ISBN 9780080965291.
  4. ^ "Жидкое топливо - Преобразование метанола в бензин". Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 24 мая 2014 года . Получено 25 июля 2014 года .
  5. ^ "Liquid Fuels - Direct Liquefaction Processes". Gasifipedia . Национальная лаборатория энергетических технологий, Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала 24 мая 2014 года . Получено 25 июля 2014 года .
  6. ^ abcd Annual Energy Outlook 2006 с прогнозами до 2030 года (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия : Управление энергетической информации . 2006. С. 52–54. DOE/EIA-0383(2006) . Получено 09.07.2009 .
  7. ^ Патель, Прачи (21.12.2007). «Сравнение угля и биомассы как сырья для производства синтетического топлива». В Veziroǧlu, TN (ред.). Альтернативные источники энергии: международный сборник . Обзор технологий MIT.
  8. ^ Антал, М.Дж. (1978). «Топливо из отходов. Портативная система преобразует биоотходы в реактивное топливо и дизельное топливо для военных». Hemisphere. стр. 3203. ISBN 978-0-89116-085-4.
  9. ^ Thipse, SS; Sheng, C.; Booty, MR; Magee, RS; Dreizin, EL (2001). «Синтетическое топливо для имитации твердых бытовых отходов в экспериментальных исследованиях сжигания отходов». Chemosphere . 44 (5). Elsevier : 1071–1077. Bibcode : 2001Chmsp..44.1071T. doi : 10.1016/S0045-6535(00)00470-7. PMID  11513393.
  10. ^ Ли, Сангю; Спейт, Джеймс Г.; Лоялка, Сударшан К. (2007). Справочник по альтернативным топливным технологиям. CRC Press . стр. 225. ISBN 978-0-8247-4069-6. Получено 14.03.2009 .
  11. ^ abcd Спейт, Джеймс Г. (2008). Справочник по синтетическому топливу: свойства, процесс и эксплуатационные характеристики. McGraw-Hill Professional . стр. 1–2, 9–10. ISBN 978-0-07-149023-8. Получено 2009-06-03 .
  12. ^ Ли, Сонгю (1990). Технология синтеза метанола. CRC Press . стр. 1. ISBN 978-0-8493-4610-1. Получено 2009-07-09 .
  13. ^ Лапедес, Дэниел Н. (1976). Энциклопедия энергии McGraw-Hill . McGraw-Hill . стр. 377. ISBN 978-0-07-045261-9.
  14. ^ ab Luik, Hans (2009-06-08). Альтернативные технологии сжижения и обогащения сланца (PDF) . Международный симпозиум по сланцу. Таллин , Эстония: Таллинский технический университет . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-24 . Получено 2009-06-09 .
  15. ^ abc Cicero, Daniel (2007-06-11). Газификация угля и совместное производство химикатов и топлива (PDF) . Семинар по технологиям газификации. Индианаполис . стр. 5. Архивировано из оригинала (PDF) 2015-09-24 . Получено 2009-07-09 .
  16. ^ Согласно биографии Ганса Гольдшмидта Degussa в "Degussa Geschichte - Hans Goldschmidt" . Проверено 10 ноября 2009 г.Карл Гольдшмидт пригласил Бергиуса на должность директора по исследованиям в Chemische Fabrik Th. Goldschmidt.
  17. ^ "caer.uky.edu" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2013-10-16 . Получено 2013-10-07 .
  18. ^ abc "Протокол заседания № 45/6" (PDF) . Комитет вражеской нефтяной разведки. 1945-02-06. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-08-21 . Получено 2009-03-22 .
  19. ^ abcdef Schroeder, WC (август 1946 г.). Holroyd, R. (ред.). «Отчет об исследованиях, проведенных группами по топливу и смазочным материалам на заводах IG Farbenindustrie, AG, Ludwigshafen and Oppau». Горное бюро США , Управление синтетического жидкого топлива. Архивировано из оригинала 2007-11-08 . Получено 2009-03-21 .
  20. ↑ Корпорация, Бонниер (1 октября 1931 г.). «Популярная наука». Корпорация Бонниер – через Google Books.
  21. ^ ab Miller, Donald L. (2006). Мастера воздуха: американские бомбардировщики, которые вели воздушную войну против нацистской Германии . Нью-Йорк: Simon & Schuster. стр. 314, 461. ISBN 978-0-7432-3544-0.
  22. ^ "The Early Days of Coal Research". Ископаемая энергия . Министерство энергетики США . Получено 25 июля 2014 г.
  23. ^ ab Галланд, Адольф (1968) [1954]. Первые и последние: взлет и падение немецких истребительных сил, 1938-1945 (девятое издание - в бумажном переплете) . Нью-Йорк: Ballantine Books. стр. 210, 224, 239.
  24. ^ Беккер, Питер В. (1981). «Роль синтетического топлива во Второй мировой войне в Германии: последствия для сегодняшнего дня?». Обзор Air University . База ВВС Максвелл . Архивировано из оригинала 22.02.2013 . Получено 23.06.2009 .
  25. ^ Шпеер, Альберт (1970). Внутри Третьего Рейха . Перевод Ричарда и Клары Уинстон . Нью-Йорк и Торонто: Macmillan. стр. 418. ISBN 978-0-684-82949-4. LCCN  70119132 . Получено 2009-03-17 .
  26. ^ Корпорация, Бонниер (13 сентября 1949 г.). «Популярная наука». Корпорация Бонниер – через Google Books.
  27. ^ "COAL–TO–LIQUIDS — альтернативный источник нефти?" (PDF) . Международное энергетическое агентство . Получено 2016-09-30 .
  28. ^ "10.5. Косвенные процессы сжижения". netl.doe.gov . Получено 2023-03-12 .
  29. ^ "10.2. Синтез Фишера-Тропша". netl.doe.gov . Получено 2023-03-12 .
  30. ^ abcdefghij Tarka, Thomas J.; Wimer, John G.; Balash, Peter C.; Skone, Timothy J.; Kern, Kenneth C.; Vargas, Maria C.; Morreale, Bryan D.; White III, Charles W.; Gray, David (2009). «Доступное низкоуглеродное дизельное топливо из отечественного угля и биомассы» (PDF) . Министерство энергетики США , Национальная лаборатория энергетических технологий . стр. 1, 30.
  31. ^ Эдвард Шметц и Лоуэлл Миллер (2005). «Производство водорода из угля, ежегодный обзор программы DOE по водороду за 2005 год». Министерство энергетики США, Управление по секвестрации, водороду и чистому угольному топливу. стр. 4.
  32. ^ "10.6. Процессы прямого сжижения". netl.doe.gov . Получено 2023-03-12 .
  33. ^ Роберт Хоул: Фридрих Бергиус (1884-1949), с. 62 в «Chemie in unserer Zeit», VCH-Verlagsgesellschaft mbH, 19. Ярганг, апрель 1985 г., Вайнхайм, Германия.
  34. ^ ab Джеймс Г. Спейт (24 декабря 2010 г.). Справочник по промышленным углеводородным процессам. Gulf Professional Publishing. стр. 192. ISBN 978-0-08-094271-1. Получено 2 октября 2013 г.
  35. ^ Стрэнджес, Энтони Н. (1984). «Фридрих Бергиус и подъем немецкой индустрии синтетического топлива». Isis . 75 (4). Издательство Чикагского университета : 643–667. doi :10.1086/353647. JSTOR  232411. S2CID  143962648.
  36. ^ abcde Программа более чистых угольных технологий (октябрь 1999 г.). "Отчет о состоянии технологий 010: сжижение угля" (PDF) . Министерство торговли и промышленности . Архивировано из оригинала (PDF) 2007-06-04 . Получено 2006-11-23 .
  37. ^ abcd Ли, Сонгю (1996). Альтернативные виды топлива. CRC Press . С. 166–198. ISBN 978-1-56032-361-7. Получено 27.06.2009 .
  38. ^ Лоу, Филлип А.; Шредер, Уилберн К.; Ликкарди, Энтони Л. (1976). «Техническая экономика, симпозиум по синтетическому топливу и угольной энергетике, твердофазный каталитический процесс сжижения угля». Американское общество инженеров-механиков . стр. 35.
  39. ^ abc Höök, Mikael; Aleklett, Kjell (2009). "Обзор переработки угля в жидкое топливо и его потребления угля" (PDF) . International Journal of Energy Research . 33 . Wiley InterScience. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-03-31 . Получено 2009-07-04 .
  40. ^ "JetBlue готовится к испытанию альтернативного топлива" . Получено 2009-06-06 .
  41. ^ "USAF запускает новую программу испытаний биотоплива" . Получено 2009-06-06 .
  42. ^ "UOP получает $1,5 млн на проект пиролизного масла от DOE". Green Car Congress. 2008-10-29 . Получено 2009-07-09 .
  43. ^ Бернхэм, Алан К.; Макконахи, Джеймс Р. (16 октября 2006 г.). Сравнение приемлемости различных процессов переработки сланца (PDF) . 26-й симпозиум по сланцу. Голден, Колорадо : Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора . UCRL-CONF-226717 . Получено 27 мая 2007 г.
  44. ^ Производство моторного топлива на новозеландском предприятии Synfuel было остановлено в середине девяностых, хотя производство метанола на экспорт продолжалось. Это предприятие работало на технологии Mobil, преобразуя газ в метанол и метанол в бензин.http://www.techhistory.co.nz/ThinkBig/Petrochemical%20Decisions.htm
  45. ^ "Тема: Нефтеперерабатывающая промышленность во всем мире". Statista . Получено 2023-03-12 .
  46. ^ "Sasol Inzalo -" (PDF) . www.sasol.com . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-11-07 . Получено 2006-10-12 .
  47. ^ Колдервуд, Дэйв (2022-10-05). "Zero Petroleum будет производить синтетическое топливо в Бистере". ЛИСТОВКА . Получено 2023-01-13 .
  48. ^ "CTLC Synthetic Fuel Will Enhance US National Security" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-07-26 . Получено 2009-12-17 .
  49. ^ Примерами таких ограничений являются Закон США о чистом воздухе и правило о чистом воздухе с содержанием ртути Архивировано 31 августа 2009 г. в Wayback Machine , а также недавние ограничения, наложенные на новые проекты по переработке угля в жидкое топливо в Китае Национальной комиссией по развитию и реформам.
  50. ^ Чрезмерный углеродный след может помешать федеральному правительству США закупать топливо. Раздел 526 Закона об энергетической независимости и безопасности запрещает федеральным агентствам, включая Министерство обороны, закупать альтернативные виды синтетического топлива, если только альтернативные виды топлива не имеют более низких выбросов парниковых газов, чем топливо на основе очищенной нефти. Косич, Дороти (11.04.2008). «Repeal seeking for ban on US Govt. use of CTL, oil shale, tar sands-generated fuel» (Отмена запрошена для запрета на использование правительством США топлива из сланцевой нефти, нефтяных песков). Mine Web. Архивировано из оригинала 16.05.2016 . Получено 27.05.2008 .Блум Дэвид И.; Уолдрон Роджер; Лейтон Дуэйн В.; Патрик Роджер В. (2008-03-04). "Соединенные Штаты: Положение Закона об энергетической независимости и безопасности создает серьезные проблемы для синтетического и альтернативного топлива" . Получено 27.05.2008 .
  51. ^ "Coal-To-Liquid Fuels Have Lower GHG Than Some Refined Fuels". Архивировано из оригинала 2009-12-14 . Получено 2009-06-02 .
  52. ^ Агравал Р.; Сингх Н.Р.; Рибейро Ф.Х.; Дельгасс В.Н. (2007). «Устойчивое топливо для транспортного сектора». PNAS . 104 (12): 4828–4833. Bibcode : 2007PNAS..104.4828A. doi : 10.1073/pnas.0609921104 . PMC 1821126. PMID  17360377 . 
  53. ^ Согласно работе NREL "Результаты испытаний свойств топлива, выбросов и работоспособности парка транспортных средств класса 6, работающих на газожидкостном топливе и каталитических дизельных сажевых фильтрах" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-05-08 . Получено 2010-02-13 ., "Yosemite Waters Vehicle Evaluation Report" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-05-08 . Получено 2009-04-13 .и различные другие исследования DOE/DOD
  54. ^ см. исследование Yosemite Waters "Yosemite Waters Vehicle Evaluation Report" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2009-05-08 . Получено 2009-04-13 .
  55. ^ "Технический документ поддержки, Обзор отрасли производства жидких продуктов из угля, Предлагаемое правило обязательной отчетности по парниковым газам" (.PDF) . Управление по воздуху и радиации, Агентство по охране окружающей среды США . 2009-01-28 . Получено 2009-07-15 .
  56. ^ "Биоразлагаемое дизельное топливо". Архивировано из оригинала 2008-12-02 . Получено 2009-06-24 .
  57. ^ Тракимавичюс, Лукас (декабрь 2023 г.). «Миссия Net-Zero: прокладывание пути для E-fuels в армии». Центр передового опыта по энергетической безопасности НАТО.
  58. ↑ Королевское общество 2019, стр. 7.
  59. ↑ Королевское общество 2019, стр. 9–13.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Синтетическое топливо .