Альтернативное углеродсодержащее топливо




В связи с постепенным истощением запасов нефти и угля, а также усилением загрязнения среды обитания вредными продуктами сгорания развернуты работы по поиску и применению альтернативного топлива.

Альтернативное топливо получают в основном из сырья нефтяного происхождения и применяют в целях сокращения потребления нефти и традиционных нефтепродуктов, например, бензина.

Основными видами такого топлива являются: 1) сжиженные и компримированные горючие газы: 2) спирты, продукты их переработки и смеси с бензином; 3) топливные смеси; 4) искусственное жидкое топливо; 5) водород.

Сжиженные и компримированные горючие газы — это прежде всего углеводородные газы С3 и С4 (пропан-бутановые фракции, которые получают переработкой нефтяных попутных и природных газов), а также метан — продукт газификации твердых топлив.

К достоинствам указанных газов следует отнести высокую теплоту сгорания, относительную экологическую безвредность продуктов сгорания. К недостаткам - необходимость применения специального оборудования для сжатия, сжижения, хранения топлива, распределения и транспортирования.

Спирты, продукты их переработки. Ныне перспективными видами топлива, особенно автомобильного, признаются низшие спирты: метанол СН3ОН и этанол С2Н5ОН. Благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению природной среды образующимися выхлопными газами они могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином.

Метанол, или метиловый спирт, получают в больших количествах в результате взаимодействия оксида углерода (II) и водорода при высоких давлении (20—30 МПа) и температуре (400°С) в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего около 90% ZnO и 10% Сг2О7:

СО + 2Н2→ СН3ОН.

Метанол можно получать и при сухой перегонке дерева, поэтому его называют иногда древесным спиртом. Реакция горения метанола:

2СН3ОН + 3О2 = 2СО2↑ + 4Н2О.

сопровождается выделением относительно большого количества тепла.

Недостатком метанола является то, что он токсичен: прием внутрь даже небольших доз вызывает слепоту, а больших — смерть.

Этиловый спирт или этанол С2Н5ОН получают из различных сахаристых веществ, например, виноградного сахара (глюкозы). Глюкоза С6Н1206 в результате «брожения», вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт:

С6Н12О6 ← 2С2Н5ОН + 2СО2↑.

В настоящее время осахариванию подвергают целлюлозу (клетчатку), образующую основную массу древесины. С этой целью ее гидролизуют в присутствии кислот. Например, древесные опилки при 150— 170°С обрабатывают 0,1 —5%-ной серной кислотой под давлением 0,7— 1,5 МПа. Полученный в данном процессе полупродукт содержит глюкозу, которая в дальнейшем сбраживается на спирт при помощи дрожжей (гидролизный спирт). Указанный метод производства спирта позволяет экономить большое количество пищевых продуктов: из 5500 т сухих опилок (ежегодные отходы среднего по производительности лесопильного завода) можно получить 790 т спирта, что дает возможность сохранить около 3 тыс. т зерна или 10 тыс. т картофеля. Этиловый спирт может быть получен синтетическим путем из этилена (в присутствии катализатора):

СН2=СН2 + Н20 → СН3-СН2-ОН.

Таким образом, метанол и этанол являются весьма перспективными топливами, поскольку для их производства имеется широкая сырьевая база. В частности, в ряде стран Южной Америки этанол постепенно вытесняет бензин как автомобильное топливо.

Спирто-бензиновые смеси. С целью повышения детонационной стойкости топлива, а значит и мощности ДВС применяют гомогенные (однородные) смеси метанола или этанола с бензином (3—15% спирта). Основная проблема в их использовании состоит в предотвращении расслаивания компонентов смеси при пониженных температурах.

Топливные смеси. Для транспортных дизельных двигателей применяют водно-топливные эмульсии, которые состоят на 80—85% из дизельного топлива, остальное — вода. Взамен жидкого котельного топлива (мазута) или угля (например, на тепловых электростанциях) применяют метанольно-угольные, углемасляные, водно-угольные, водно-углемазутные и другие смеси.

Указанные смеси имеют ряд несомненных достоинств: они легко воспламеняются и обладают высокой теплотой сгорания, относительно легко перекачиваются по трубопроводам и хорошо распыляются топочными форсунками.

Искусственное жидкое топливо. Получают переработкой, например, гидрогенизацией твердых горючих ископаемых - угля, сланцев, торфа. Гидрогенизация угля - это превращение высокомолекулярных веществ органической массы угля под действием водорода в жидкие и газообразные продукты при 400—500°С в присутствии различных веществ (органических растворителей, катализаторов и т. д.).

Для гидрогенизации применяют неокисленные бурые и каменные угли, в которых содержание минеральной части не должно превышать 5-6 %, отношение С: Н - 16, выход летучих веществ - более 35%. В результате гидрогенизации из угля и каменноугольных смол получают бензин, дизельное топливо, парафины, смазочные масла и т. п.

Элементарный состав жидких продуктов гидрогенизации бурого угля Канско-Ачинского месторождения таков (в%): С - 86,48; Н - 11,43; 5 - 0,62; N - 0,22; О - 1,25. Легко видеть, что соотношение С: Н достигает 8, что связано с введением водорода под давлением в процессе гидрогенизации.

Проблема вовлечения твердого топлива, главным образом угля, в переработку для получения жидких продуктов становится ныне весьма актуальной. Это связано с тем, что при существующих масштабах мирового потребления нефти (более 4 млрд т/год) запасы ее, пригодные для добычи экономичными методами, будут истощены уже в первой половине XXI века.

В настоящее время основное количество энергии получают за счет сжигания или переработки природного углеродсодержащего топлива (табл. 3).

Таблица 3

Использование различных энергоресурсов в мире

Страна Уголь Нефть Газ Ядерная энергия Гидроэнергия Энергия ветра Солнечная энергия
Канада              
Швеция            
Швейцария      
США              
Германия              
Великобритания              
Китай      
Россия       13*   0,003 0,001
Франция          
Италия            
Ю. Корея          
Тайвань          
Япония              
Весь мир              

 

Естественно, что каждая страна старается использовать те ресурсы, которыми она обладает. Это легко обнаружить по проценту использования каждого вида.

Считается, что качество жизни напрямую связано с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого жителя Земли приходится чуть больше 2 кВтч в день при норме 10 кВтч. В промышленно развитых странах этот показатель в 14 раз выше, чем в развивающихся странах. Например, в Норвегии потребляется 25 тыс. кВтч, Италии - 3 тыс., а в Бангладеш - всего 46 кВтч на душу населения в год.

Россия является крупнейшим в мире производителем топливно-энергетических ресурсов: около 17% нефти, 25% газа, 15% каменного угля от добываемых в мире. В то же время на фоне постоянного увеличения экспорта энергоресурсов (прежде всего газа и нефти) рост промышленности в стране наталкивается на нехватку электроэнергии.

Обращает на себя внимание, что в США неуклонно возрастает доля угля (12,5% в 1970 г.), падает нефти (с 45%), заметно снижается доля газа (с 35,6% в 1970 г.). В России же иная тенденция: несмотря на большие запасы угля (крупнейшие в мире) произошло (за этот же срок) снижение его доли с 40 до 16%. Доля газа повысилась с 22 до 46%, нефти - также несколько увеличилась. Таким образом, в России быстрее 1 выгорают те виды энергоресурсов, запасы которых истощатся быстрее. Добавим к этому, что нефть и газ - основные виды сырья для синтеза важных для экономики страны материалов.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-10-17 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: