Синтез-газ как сырье для получения

синтетических жидких топлив (СЖТ)

Технологии преобразования природного газа в СЖТ получили название «GTL» («gas-to-liquid»). В 1993 году фирма Shell начала эксплуатацию первой в мире установки «Gas to Liquid» в Бинтулу, Малайзия, в промышленном масштабе.

Наиболее прямым путем превращения синтез-газа в углеводороды и смесь алифатических спиртов является известный синтез Фишера-Тропша.

Все существующие технологии получения СЖТ по Фишеру-Тропшу имеют недостатки: низкую производительность единицы объема применяемых катализаторов и сложный состав продуктов. Основные катализаторы процесса, содержащие в качестве основных компонентов железо и кобальт, характеризуются широким молекулярно-массовым распределением продуктов синтеза (C₁-С₃₀ и более). Этот факт обуславливает необходимость дальнейшей переработки продуктов синтеза, т. е. товарный продукт в одну стадию не получается. Таким образом, себестоимость получаемого топлива выше, чем нефтяного.

Синтез Фишера-Тропша - теплонапряженный процесс. В связи с этим получил развитие «жидкофазный» (трехфазный) синтез, в котором катализатор суспендирован в жидком разбавителе, являющимся одновременно средой для растворения газообразных реагентов. Таким образом решается проблема теплоотвода, однако возникает проблема растворимости и скорости растворения газообразных реагентов.

Для распространения синтеза Фишера-Тропша, для того, чтобы он занял ведущие позиции в химической переработке природного газа, нужно решить две рассмотренные выше проблемы. Наилучшим вариантом повышения селективности, видимо, является одностадийный синтез бензина или дизельного топлива.

В последние годы особое внимание уделяется получению бензина через диметиловый эфир (ДМЭ) и использованию самого ДМЭ в качестве дизельного топлива.

В нормальных условиях ДМЭ - газ (температура кипения -24,9°С), легко сжижаемый под давлением (0,5 МПа при 20°С, 0,8 МПа при 38°С). Этот газ нетоксичен, в настоящее время он используется как наполнитель в аэрозольных установках. Быстро деградирует в атмосфере и поэтому может использоваться как хладагент - заменитель фреонов. По физическим свойствам ДМЭ близок к традиционным пропанобутановым смесям, что позволяет использовать соответствующую инфраструктуру и опыт ее эксплуатации. На Украине ДМЭ, выделяемый из метанола как примесь, использовался как заменитель бытового газа.

В настоящее время ДМЭ получают дегидратацией метанола на оксиде алюминия и других дегидратирующих катализаторах. Объем производства товарного ДМЭ в мире составляет примерно 150 тыс. тонн/год (в России ДМЭ не производится). Фактическое его производство значительно превышает эту цифру, поскольку он является невыделяемым промежуточным продуктом при синтезе углеводородов из природного газа или угля через метанол. Превращения метанола в углеводороды, по общепринятым представлениям, протекают по схеме: метанол → ДМЭ → этилен → (путем олигомеризации) бензин. Первая стадия этого процесса - дегидратация метанола в ДМЭ.

Такие фирмы как "Mobil" и "Haldor Topsöe" разработали гетерогенно-каталитический газофазный процесс прямого синтеза ДМЭ из синтез-газа. Аналогичная разработка была проведена ИНХС РАН.

Схема реакций в простейшем двухстадийном процессе получения ДМЭ в сочетании с утилизацией СО₂ представлена на рис. 3.4.

Рис. 3.4 Схема реакций в простейшем идеальном двухстадийном процессе

переработки метана в ДМЭ с утилизацией СО₂

Интересным является тот факт, что себестоимость получения ДМЭ в одну стадию из синтез-газа на 5-10 % ниже себестоимости эквивалентного количества метанола, хотя ДМЭ получают из метанола.

В настоящее время один из путей переработки природного газа ориентирован на метанол в качестве ключевого промежуточного продукта. Показанные благоприятные условия прямого синтеза ДМЭ могут стать причиной переориентации его на ДМЭ. ДМЭ по сравнению с метанолом легче переработать в бензин, и, по-видимому, экономически и технологически такая переработка выгоднее.

Основные мировые действующие и проектируемые технологии GTL представлены в табл. 3.3.

Таблица 3.3