План лекции
1 Новые виды топлив
2 Синтетическое топливо из углей
3 Горючие сланцы
4 Битуминозные породы
5 Спиртовые топлива
6 Водородная энергетика
7 Азотная энергетика
1 Новые виды топлив
К новым видам топлив относятся нефть «синтетическая» и газ, полученные из угля, дополнительные углеводородные ресурсы, представленные органической составляющей горючих сланцев и битуминозных пород, топливные спирты, а также водород.
Уголь, горючие сланцы и битуминозные породы являются главными перспективными источниками получения жидкого и газообразного топлива. Потенциальные запасы содержащегося в них углеводородного сырья намного превосходят известные запасы нефти и природного газа.
Широкодоступная и разнообразная сырьевая база и полностью отработанная и освоенная технология их производства являются одним из основных преимуществ энергетического использования спиртов в качестве топлива или добавки к нему. По мнению многих специалистов, водород способен заменить ископаемое органическое топливо в таких сферах его Потребления, как авиация, автотранспорт, коммунально-бытовой сектор и т.д. При этом ресурсы водорода (если в качестве его источника рассматривать воду) практически не ограничены.
Самым важным свойством водорода является универсальность его использования. Он может применяться в Качестве основного топлива или как добавка к нефтяному при относительно небольших конструктивных переделках двигателя; энергия водорода может также преобразовываться в топливных элементах в электроэнергию; водород способен заменить природный газ и нефть почти во всех крупных химических производствах.
2 Синтетическое топливо из углей
|
|
К настоящему времени разработаны и проходят проверку новые технологические схемы и процессы, внедрение которых значительно расширит масштабы комплексной переработки углей. К таким процессам в первую очередь относятся высокоскоростной пиролиз, гидрогенизация и термическое растворение.
Высокоскоростной пиролиз (полукоксование) – процесс последовательного нагрева предварительно измельченного до пылевидного состояния угля сначала газовым до температуры 300 °С (сушкA), а затем твердым теплоносителем до температуры 650 °С (разложение с выделением основной массы паров смол и тяжелых углеводородоC).
Гидрогенизация – процесс получения жидких и газообразных продуктов из углей под давлением 10 МПа, при температуре 420...430 °С и объемной скорости 0,8... 1 ч в присутствии пастообразователя – донора водорода, катализаторов (солей железа и молибденA) и надбавок ингибиторов радикальной полимеризации.
Термическое растворение – технология получения из углей тяжелых жидких экстрактов и выработки синтетической нефти и моторных топлив путем деструктивной гидрогенизации продуктов термического растворения.
3 Горючие сланцы
Кроме России, добычу горючих сланцев и производство синтетического топлива в промышленных масштабах осуществляют в КНР, где производство составляет 0,3 млн т в год, и в Бразилии, где производство сланцевой смолы доведено до 50 тыс. т/год. На порохе промышленного освоения месторождений горючих сланцев находятся США, Марокко, Австралия. Разработаны различные варианты добычи и переработки сланцев. Все они предусматривают термическое разложение с получением синтетических топлив и побочных продуктов – серы, аммиака, кокса и т. д.
|
|
Перспективными способами переработки сланцев являются газификация на парокислородном дутье под давлением и термическое растворение (ИГИ). Исходя из предварительных разработок при газификации, возможно получение газа с калорийностью 3000 ккал/кг в объеме 9 млн. т у. т. (если газифицировать все сланцы), что позволит в перспективе в Поволжье сэкономить до 10% котельно-печного топлива.
При термическом растворении 40 млн. т горючих сланцев возможно производство около 20 млн. т. высококипящего беззольного экстракта и 2 млн. т газа. По расчетам, целесообразно беззольный экстракт прямо использовать в качестве дорожных битумов, а высвобожденные битумы использовать в дальнейшей переработке с производством энергетической продукции.
4 Битуминозные породы
Значительным резервом развития в стране индустрии дополнительного углеводородного сырья являются битуминозные породы. Это комплексное органоминеральное сырье, которое при термическом воздействии способно выделять органическую составляющую, являющуюся заменителем нефти, а минеральные остатки, остающиеся после отделения «синтетической» нефти, являются прекрасным сырьем для строительной и дорожной индустрии.
5 Спиртовые топлива
Как компоненты моторных топлив спирты – метанол, этанол ранее в периоды острой нехватки топлива уже использовались. В настоящее время за рубежом наибольший практический опыт накоплен по использованию этилового спирта.
|
|
Значительный интерес к спиртовым топливам, особенно метанольному, обусловлен рядом причин, из которых главными являются то, что в экологическом отношении это топливо более приемлемо, чем синтетический бензин и другие не нефтяные топлива, хранение и распределение аналогично бензину, их применение дает возможность достичь повышения топливной экономичности двигателя. Все это достигается при одновременном расширении ресурсов моторных топлив нефтяного происхождения.
В настоящее время в лабораториях проводят работы по использованию метанола в чистом виде. Однако такое использование требует значительных изменений конструкций серийных двигателей, которые не могут быть осуществлены на современном уровне развития техники. Отрабатывают раздельную подачу метанола от бензина. Такие двойные топливные системы имеют ряд преимуществ. При внедрении двойных топливных систем потребуется расход метанола в объеме до 10% объема бензина, и он может использоваться во всех климатических зонах. Такая подача топлива позволяет также использовать низкооктановый бензин.
6 Водородная энергетика
Водородная энергетика – получение водорода как энергоносителя с помощью термохимических и электролитических методов, а также биологических процессов.
Теплотворная способность водорода как перспективного энергоносителя в 3 раза выше, чем углеводородного топлива. Водород – экологически чистое топливо, в отличие от традиционных видов природного топлива не содержит ни серы, ни пыли, ни тяжелых металлов. При сжигании водород превращается в водяной пар. Единственным вредным соединением в этих условиях могут стать оксиды азота, которые образуются из-за окисления атмосферного азота при особо высоких температурах горения. Это негативное явление удается сравнительно легко локализовать некоторыми катализаторами. Водород пригоден для использования в качестве не только горючего, но и универсального аккумулятора энергии, которую таким образом можно и транспортировать, и применять в различных отраслях энергетики.
Для получения водорода используют различные способы разложения воды: электрохимический, термохимический, фотоэлектрохимический. Помимо перечисленных способов получения водорода перспективно использование фотосинтезирующих бактерий в качестве преобразователя солнечной энергии.
7 Азотная энергетика
Азотная энергетика базируется на применении азотосодержащих соединений и их смесей. Такие смеси применяются для замещения жидких видов горючего нефтяного происхождения, попутного (пропан-бутан) и природного (метан) газов, водорода, также биогаза, биометанола, биоэтанола, рапсового масла и других видов растительных углеводородов, биодизеля, являясь альтернативным возобновляемым энергетически насыщенным и экологически чистым энергоносителем для получения механической энергии в поршневых, газотурбинных и реактивных двигателях.
Контрольное задание для СРМ
1 Использование азотного топлива
2 Водородная энергетика
3 Спиртовые топлива