Дипломная работа на тему: Сравнительный анализ: методы получения синтез-газа

Введение

История знает немало примеров, когда в силу острой необходимости рождались новые оригинальные подходы к решению давно существующих жизненно важных проблем. Так, в предвоенной Германии, лишенной доступа к нефтяным источникам, назревал жесткий дефицит топлива, необходимого для функционирования мощной военной техники. Располагая значительными запасами ископаемого угля, Германия была вынуждена искать пути его превращения в жидкое топливо. Эта проблема была успешно решена усилиями превосходных химиков, из которых, прежде всего следует упомянуть Франца Фишера, директора Института кайзера Вильгельма по изучению угля.

В 1926 году была опубликована работа Ф. Фишера и Г. Тропша "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", в которой сообщалось, что при восстановлении водородом монооксида углерода при атмосферном давлении в присутствии различных катализаторов (железо - оксид цинка или кобальт - оксид хрома) при 270 оС получаются жидкие и даже твердые гомологи метана.

Так возник знаменитый синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода, называемый с тех пор синтезом Фишера-Тропша. Смесь СО и Н2 в различных соотношениях, называемая синтез-газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья.

Следует отметить, что к моменту разработки синтеза Фишера-Тропша существовал другой способ получения жидкого топлива - не из синтез-газа, а непосредственно из угля прямой гидрогенизацией. В этой области значительных успехов добился также немецкий химик Ф. Бергиус, который в 1911 году получил из угля бензин. Справедливости ради подчеркнем, что синтез Фишера-Тропша возник не на пустом месте - к тому времени существовали научные предпосылки, которые базировались на достижениях органической химии и гетерогенного катализа. Еще в 1902 году П. Сабатье и Ж. Сандеран впервые получили метан из СО и Н2 . В 1908 году Е. Орлов открыл, что при пропускании монооксида углерода и водорода над катализатором, состоящим из никеля и палладия, нанесенных на уголь, образуется этилен.

Промышленность искусственного жидкого топлива достигла наибольшего подъема в годы второй мировой войны. Достаточно сказать, что синтетическое топливо почти полностью покрывало потребности Германии в авиационном бензине. После 1945 года в связи с бурным развитием нефтедобычи и падением цен на нефть отпала необходимость синтеза жидких топлив из СО и Н2 . Наступил нефтехимический бум. Однако в 1973 году разразился нефтяной кризис - нефтедобывающие страны ОПЕК (Организация стран - экспортеров нефти - Organization оf Petroleum Exporting Countries) резко повысили цены на сырую нефть, и мировое сообщество вынуждено было осознать реальную угрозу истощения в обозримые сроки дешевых и доступных нефтяных ресурсов. Энергетический шок 70-х годов возродил интерес ученых и промышленников к использованию альтернативного нефти сырья, и здесь первое место, бесспорно, принадлежит углю. Мировые запасы угля огромны, они, по различным оценкам, более чем в 50 раз превосходят нефтяные ресурсы, и их может хватить на сотни лет. Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез-газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив (здесь трудно пока конкурировать с нефтяным топливом), но, прежде всего для целей органического синтеза. В настоящее время в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины только в Южной Африке. На установках фирмы "Sasol" производят около 5 млн. т. в год жидких углеводородов.

Отражением интенсификации исследований по синтезам на основе СО и Н2 является резкое возрастание публикаций, посвященных химии одноуглеродных молекул (так называемая С1-химия). С 1984 года начал издаваться международный журнал "С1-Molecule Chemistry". Таким образом, мы являемся свидетелями наступающего ренессанса в истории углехимии. Рассмотрим некоторые пути превращения синтез-газа, приводящие к получению как углеводородов, так и некоторых ценных кислородсодержащих соединений. Важнейшая роль в превращениях СО принадлежит гетерогенному и гомогенному катализу [1-3].

Оглавление

- 1. Введение

- Способы получения синтез-газа

- Газификация угля

- Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля

- Взгляд на углепереработку сквозь десятилетия

- Инженерные разработки за прошедшее столетие

- Аппаратурно-техническое оформление процесса

- Конверсия метана в синтез-газ

- Термодинамика процесса

- Кинетика углекислотной конверсии метана

- 4.3 Механизм конверсии смеси CH4 CO2

- Катализаторы углекислотной конверсии метана

- Технология конверсии метана

- Синтез Фишера-Тропша

- Выбор катализаторов

- Альтернативный способ получения синтез-газа

- Термохимическая конверсия биомассы

- Биотехнологическая конверсия биомассы

- Продукты, получаемые на основе синтез-газа

- 8. Выводы

- Используемая литература

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. 6573.

3. Харитонов Ю. Я. Комплексные соединения // Соросовский Образовательный журнал. 1996. № 1. С. 4856.

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.В. Proc. IV Int. Natural Gas Conversion Symp. Kruger National Park, South Africa, 1995. Amsterdam: Elsevier. 1997, р. 99 116.

10. Fleisch Т.N., Basu А., Gradassi М.J., Masin J.С. Ibid., р. 117.

11. Бодров И. М., Апельбаум Л. О. Кинетика и катализ, 1967, т. 8, № 4, с. 379384.

12. Bradford М.С.J., Vannice М.А. Catal. Today, 1999, v. 50, № 1, р. 8796.

13. Nakamura J., Aikawa К., Sato К., Uchijima Т. Catal. Lett., 1994, v. 29, р. 261.

14. Крылов О.В., Мамедов А.Х. Успехи химии, 1995, т. 64, № 9, с. 935959.

15. Erdohelyi А., Fodor К., Solymosi F.. Proc. IV Int. National Gas Conversion Symp. Kruger National Park, South Africa, 1995. Amsterdam: Elsevier, 1997, р. 525530.

16. Kroll V.С.Н., Tjatjopoulos G.J., Mirodatos С. Proc. V Int. Natura Gas Conversion Symp. Giardini-Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam Elsevier, 1998, р. 753758.

17. Schuurman Y., Marquez-Alvarez С., Kroll V.С.Н., Mirodatos С. Catal. Today, 1998, v. 46, № 2.3, р. 185192.

18. Gronchi Р., Centola Р., Kaddouri А., Del Rosso R. Proc. V Int. Natural Gas Conversion Symp. Giardini Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam: Elsevier, 1998, р. 735740.

19. Бобров Н.Н., Боброва И.И., Собянин В.А. Кинетика и катализ, 1993, т. 34, № 4, с 257258.

20. Bobrova I.I., Bobrov N.N., Davydov А.А. Catal. Today, 1995, v. 24, № 3, р. 429439.

21. Tomishige К., Chen Y., Yamazaki О. е.а. Proc. V Int. Natural Gas Conversion Symp. Giardini-Naxos, Sicily, 1998. Amsterdam: Elsevier, 1998, р. 861866.

22. Томишиге К., Химено И., Ямазаки О. и др. Кинетика и катализ 1999, т. 40, № 3, с. 432439.

23. Исаев О.В., Корчак В.Н., Крылов О.В. и др. Кинетика и катализ 2000, т. 45, № 11, с. 178201.

24. О.Connor А.М., Ross J.R.Н. Abstr. 5-th European Workshop оn Methane Activation. Linerik, Ireland, 1997.

25. Содесава Т. Кинетика и катализ, 1998, т. 40, № 3, с. 452453.

26. Krylov О.V., Mamedov А.Кh., Mirzabekova S.R. Catal. Today, 2000 г. v. 32, № 4, р. 173189.

27. Бодров И.М., Апельбаум Л.О., Темкин М.И. Кинетика и катализ, 1998, т. 5, № 4, с. 696703.

28. Н. И. Курбатов, А. К. Зайце Конверсия природного газа в жидкое топливо // журнал "Потенциал", 1996. № 11. С. 4452.

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. 5058.

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.