Современные двигатели внутреннего сгорания ориентированы преимущественно на использование жидких топлив из нефти. Однако мировые запасы нефти не столь велики, как ресурсы твердого органического сырья, и весьма неравномерно распределены по различным регионам планеты. Эти обстоятельства создают предпосылки для разработки промышленных технологий получения моторных топлив из сырья ненефтяного происхождения.

На Международной конференции по энергетическим ресурсам, которая состоялась в 1979 году в Монреале (Канада), к традиционным энергетическим ресурсам углеводородов были отнесены легкие и средние нефти, природные газы и газовые конденсаты, а к нетрадиционным - тяжелые нефти и твердые битумы, а также жидкие и газообразные углеводороды, получаемые из каменных и бурых углей, битуминозных песчаников, горючих сланцев, газогидратов, торфа, растительной биомассы, промышленных, сельскохозяйственных и городских отходов.

Получаемые из нетрадиционных видов сырья жидкие и газообразные топлива для мобильных установок называют альтернативными моторными топливами. К таким установкам относятся карбюраторные автомобильные и поршневые авиационные двигатели, автотракторные, тепловозные и судовые дизели, турбовинтовые и турбореактивные двигатели авиационной техники, газотурбинные судовые установки.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СЫРЬЕВЫЕ РЕСУРСЫ

Целесообразность применения того или иного вида альтернативных моторных топлив определяется стоимостью и достаточными запасами соответствующих первичных ресурсов. Эти показатели могут существенно различаться для различных стран и регионов. Так, некоторые страны (Россия, Китай, США) обладают огромными запасами ископаемых углей. В странах с тропическим климатом ежегодно продуцируется значительное количество растительной биомассы.

Многие виды альтернативного сырья отличаются от нефтяного более низким содержанием водорода и повышенным содержанием кислорода, азота и серы (табл. 1). Поэтому в процессе их переработки в альтернативные жидкие и газообразные топлива необходимо удалять нежелательные гетероатомы, минеральную составляющую и насыщать сырье водородом. Для удаления содержащихся в топливе серы, азота и кислородсодержащих соединений используют процессы гидроочистки, которые позволяют снизить до требуемого уровня содержание в топливе гетероатомных соединений и ненасыщенных углеводородов и увеличивать надежность и ресурс работы двигателя.

Использование вместо нефти твердого органического сырья (угля, сланцев, биомассы) требует применения дополнительных стадий (сушка, измельчение и фракционирование, разделение углеводородной и минеральной составляющих, отделение и утилизация шлаков), которые отсутствуют при производстве моторных топлив из нефтяного сырья.

Выделяют три группы альтернативных моторных топлив [1]:

J синтетические (искусственные) жидкие топлива, получаемые из нетрадиционного органического сырья и близкие по эксплуатационным свойствам к нефтяным топливам;

J смеси нефтяных топлив с кислородсодержащими соединениями (спирты, эфиры, водно-топливные эмульсии), которые по эксплуатационным свойствам близки к традиционным нефтяным топливам;

J топлива ненефтяного происхождения, отличающиеся по своим свойствам от традиционных (спирты, сжатый природный газ, сжиженные газы).

Использование топлив последней группы требует модификации двигателей и систем хранения топлива.

ЖИДКИЕ ТОПЛИВА

ИЗ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Для производства жидких продуктов используют процессы гидрогенизации угля, пиролиза, растворения в органических растворителях, а также процессы, совмещающие получение синтез-газа из твердого сырья и его последующую переработку в метанол, бензин, дизельное топливо. Основные направления производства жидких топлив из угля рассмотрены в [2].

В промышленном масштабе производят жидкое топливо из угля путем каталитической переработки синтез-газа, получаемого газификацией угля. В ЮАР на заводах \"Сасол\" в настоящее время вырабатывается по данной технологии около 4,5 млн т жидких продуктов в год. Промышленность синтетических жидких топлив, основанная на процессе каталитического гидрирования угля водородом при повышенном давлении, функционировала в начале 40-х годов в Германии. В процессах пиролиза угля жидкие продукты образуются с небольшим выходом и имеют низкое качество. При использовании процессов растворения угля, технология которых отработана на опытно-промышленном уровне, также получают низкокачественные жидкие продукты, требующие значительного облагораживания для использования в качестве моторного топлива.

К настоящему времени накоплен значительный экспериментальный материал в области каталитической деполимеризации угля в жидкие углеводородные смеси. На примере изучения реакций гидрирования органических соединений, моделирующих фрагменты структуры угля, установлено, что кислотные катализаторы ускоряют преимущественно разрыв С-С-связей, а гидрирующие катализаторы - разрыв С-О-связей. Осуществлен подбор катализаторов, обеспечивающих снижение давления водорода в процессе гидрирования угля до 10-15 МПа. Наибольший практический интерес представляют дешевые катализаторы на основе железа (например, соли железа, железосодержащие руды и концентраты). Их применение позволяет отказаться от дорогостоящей стадии извлечения катализатора из твердого шлама процесса гидрирования угля.

В качестве примера рассмотрим разработанный в Японии процесс гидрогенизации угля, основанный на применении сульфата железа в качестве катализатора. Процесс включает стадии пропитки угля водным раствором FeSO4 , последующей сушки, перевода сульфата железа в сульфиды железа обработкой Na2S, подготовки пасты, ее гидрогенизации и разделения продуктов в соответствии со схемой 1.

В выполненных с участием автора работах показано, что каталитическая активность железорудных катализаторов в процессе гидрогенизации угля существенно возрастает после их механохимической активации в специальных мельницах. Как следует из данных табл. 2, конверсия бурого угля возрастает в 2-4 раза в присутствии активированных руд, содержащих в качестве основных кристаллических фаз гематит, магнетит, пирит, пирротин.

Для интенсификации процессов ожижения угля используются следующие приемы:

J подбор дешевых и эффективных катализаторов гидрогенизации угля;

J активирующая обработка угля (например, их алкилирование или модификация другими реагентами);

J переработка совместно с другими видами органического сырья (уголь - нефтяные остатки, уголь - лигнин и т.п.);

J подбор органических растворителей, способных донировать углю водород;

J оптимизация режимов процесса: температурных и временных параметров достижения стационарного режима, гидродинамических условий, стадии ввода катализатора в реакционную среду;

J использование двухстадийных процессов и различных катализаторов на каждой стадии.

Показатели некоторых технологий прямого ожижения угля приведены в табл. 3.

Для получения из продуктов ожижения угля моторных топлив необходимо применять различные процессы гидропереработки (гидроочистка, гидрокрекинг), которые позволяют удалить гетероатомные соединения и достичь требуемого качества топлива.
ООО \"Доннефтехим Экспорт\" занимается поставками КМТА. Компонент моторных топлив ароматический (КМТА).

Продукт получается в процессе щелочной и сернокислой очистки и ректификации легкой фракции после переработки каменноугольной смолы или сырого бензола.

Используется в качестве высокооктанового компонента моторного топлива.

Состоит из основных составляющих – бензола, толуола, ксилола. По физико-химическим показателям компонент должен соответствовать ТУ 14-6-34-93 с изм.№1-8.

Требования по безопасности.
Компонент моторных топлив – токсичный продукт.

По степени ингаляционного воздействия на организм человека в соответствии с ГОСТ 12.1.007-88 он относится ко II классу опасности. У работающих в непосредственном контакте с компонентом моторных топлив возможны острые и хронические отравления, характеризующиеся возбуждением нервной системы, сменяющимся угнетением, появлением признаков наркотического действия влиянием на сердечно-сосудистую систему.

При появлении первых признаков отравления пострадавшего необходимо вывести на свежий воздух и направить в медпункт. Продукт сказывается раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей.

При работе с компонентом моторных топлив необходимо использовать средства индивидуальной защиты от попадания продукта на кожные покровы, слизистые оболочки глаз и дыхательных путей – спецодежду, спецобувь, очки защитные, рукавицы, противогазы фильтрующие.

Компонент моторных топлив необходимо хранить в стальных емкостях.
КМТА – легковоспламеняющаяся жидкость. Пожарная безопасность должна обеспечиваться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-85. Тушение производится водой, воздушно – механической пеной, углекислым газом, песком.

Оборудование, емкости и коммуникации должны быть заземлены и герметизированы, на емокстях устанавливаются дыхательные клапаны.
С качественными показателями КМТА - компанента топлив ароматического можно ознакомится на сайте компании ООО \"Доннефтехим Экспорт\". http://donneftehim.at.ua/