Якісний бензин із малопотужних газових родовищ

Про виробництво рідких синтетичних моторних палив в Україні
Останнім часом активно обговорюється виробництво в Україні рідких моторних палив на базі вітчизняної вугільної сировини. Проблема, чесно кажучи, є не новою, але справді актуальною, виходячи з того, що наша країна має значні родовища бурого вугілля. Саме бурого, доведені запаси якого оцінюють в 17,9 млрд тонн, або 52,3% від загальних доведених запасів вугілля в країні. Вірогідні (готові до видобутку) запаси бурого вугілля в Україні за даними останніх років становили 2 млрд тонн, з яких понад 1 млрд можна було видобувати безпечним та дешевим відкритим способом.

Водночас власний видобуток нафти, який в 1972 році становив 14,4 млн тонн, до 2001-го знизився до 3,7 млн, а у 2016 році вже дорівнював 1,6 млн тонн. До 2019 року у нас так і видобували близько 1,7 млн тонн. Водночас у 2011-му в нашу країну було імпортовано 5,8 млн тонн нафти, в наступні роки цей показник часом значно знижувався (у 2020 році, наприклад, становив 1,24 млн тонн). Таке постачання значно ускладнювало функціонування нафтопереробних заводів України.

Отоді-то у певних державних і наукових колах виникла ідея щодо можливості отримання рідких моторних палив синтезом водню та окису вуглецю за технологією, розробленою Ф.Фішером та Х.Тропшом (Ф-Т) ще у 20-х роках минулого століття.

Варто нагадати, що до першого масштабного етапу застосування цієї технології слід віднести Німеччину ще 1933–1945 років, у якій доля моторних палив, отриманих з вугілля, досягала 86,7%. Однак внесок синтезу по Фішеру—Тропшу був найменшим з трьох технологій, які використовувались у цій країні. Йдеться про паливо, отримане за методом Ф. Бергіуса (гідрування вугілля) — 78,5%, 12,3% — з кам’яновугільної смоли (коксування вугілля) та 9,1% за синтезом по Фішеру—Тропшу. Цей факт пояснюється значно більш поширеним використанням карбюраторних двигунів внутрішнього зго-ряння у військовій техніці Німеччини, що передусім забезпечувало гідрування вугілля.
Другий, значно потужніший етап цього процесу, належить до повоєнних років, а саме — його впровадження в Південно-Африканській республіці. В цій країні з 1983 року працювали три заводи компанії Sasol загальною потужністю 33 млн тонн вугілля на рік, або 4,5 млн тонн на рік моторного палива.

Щоправда, застосування цієї технології було вимушеним у зв’язку з ембарго для країни на нафту. Після скасування ембарго інтерес до виробництва моторних палив синтезом по Фішеру—Тропшу різко впав. Ще донедавна в ПАР цим методом переробляли 5–6 млн тонн вугілля. Однак процес є збитковим і дотується державою як національне надбання.
До недоліків процесу (якщо оцінювати якість бензинової фракції, а це на загал від 40 до 70% отриманих рідких продуктів, залежно від температури процесу та використаних каталізаторів) слід віднести утворення здебільшого олефінів та парафінів нормальної будови. Вказане обумовлює низькі детона-ційні характеристики бензину, отриманого в цьому процесі.

Наприклад, при використанні каталізатора на основі кобальту (у цій технології використовують як каталізатори метали VIII групи Періодичної системи) — температура 170–200 градусів С, тиск 1–10 атм — октанове число становить 40–55 пунктів. При використанні каталізатора на основі заліза — температура понад 220 оС і тиск 10–30 атм — бензин мав октанове число 75–78. Ці показники, безумовно, далекі від сучасних вимог. Мабуть, це послужило причиною того, що в компле-ксах Sasol забезпечувалось перероблення відповідних фракцій отриманого бензину на установках ізомеризації парафінів та каталітичного риформінгу для отримання парафінів розгалуженої структури (ізопарафінів) та ароматич-них сполучень, що і сприяло підвищенню октанового числа.

Водночас відома сучасна схема виробництва рідких вуглеводнів, що містять високооктанові бензинові фракції, із синтез-газу шляхом синтезу метанолу, його дегідратації в диметиловий ефір (ДМЕ) та отримання моторних палив.

Реалізація такої схеми здійснюється гетерогенно-каталітичним газофазним прямим синтезом ДМЕ з синтез-газу, в основу якого покладені розробки фірм Mobil та Haldor Topshe.

Дослідження в цьому напрямку також проводились свого часу в Інституті нафтохімічного синтезу (ІНХС) РАН та ДНДПІ «Хімтехнологія» (м. Сєвєродонецьк). Фірма Haldor Topshe Inc. створила ефективну технологію виробництва високоякісного синтетичного бензину з синтез-газу, який отримується конверсією (газифікацією) природного газу, супутнього нафтового газу, сланцевого газу, вугілля, нафтового коксу, біомаси.

У цій технології процес отримання бензину з синтез-газу, неважливо якого походження, інтегрований в один контур синтезу з одноразовим прохо-дженням синтез-газу в ДМЕ з подальшим перетворенням кисневмісних спо-лук у бензин.
Таку технологію впроваджено цього року в Туркменістані, де буде перероблятись 1,785 млрд м3/рік природного газу в 600 тис. т/рік бензину марки Эко-93, що відповідає за своїми характеристиками Euro-5, 12 тис. т/рік дизпалива та 115 тис. т/рік зрідженого вуглеводневого газу.

Повертаючись до обговорення нашої проблеми, слід вказати, що використання вугілля різного класу — наче й приваблива справа, але на практиці дуже непроста. Наприклад, у 2014 році було ініційовано Міжнародний інвестиційний проєкт «Комплекс із виробництва моторних палив». Його замовник — ТОВ «СИНТЕП» (Київ), розробники — ДП «ГІПРОКОКС» (Харків), SEDIN Engineering Co., Ltd. CNCEC (Китай), наукове керівництво — Інститут газу НАН України, інвестиційне кредитне забезпечення — Gulf Petroleum Limited (Катар). Проєкт, спрямований на отримання 1,7 млн тонн моторного палива на рік, передбачав створення промислового комплексу з виробництва синтетичного моторного палива у Львівській області, реалізація якого, на жаль, стримується з відомих причин нашого сьогодення.

Відомі також пропозиції щодо реалізації у Львівській області інвестиційного проєкту «Безполум’яна газифікація вугілля для отримання синтетичних моторних палив, метанолу та інших хімічних продуктів з використанням технології TERMOTEC POWER».

Проте, якщо ми хочемо братися за розв’язання цього завдання, нам доведеться купувати у західних компаній обладнання, освоювати дуже непрості технології, навчати персонал, вирішувати питання інфраструктури тощо. Навіть важко говорити про перспективу цієї справи, останнє слово, на мою думку, — за спеціалістами в галузі макроекономіки.
Враховуючи викладене, важко оцінити, який науковий внесок можуть здійснити у розв’язання проблеми виробництва рідких синтетичних палив з вугільної сировини розробки установ НАН України.

Проте є ніша у розв’язанні проблеми виробництва таких палив, яка потребує спеціальних досліджень і розробок, на що хочу звернути увагу. Йдеться про виробництво якісної вуглеводневої продукції з природного газу малопотужних родовищ природного газу нашої країни, які не залучені насамперед через відсутність певних логістичних схем. На наявність такого резерву свого часу вказував світлої пам’яті академік Петро Федосійович Гожик. У вищевказаному ІНХС РАН було створено пілотне обладнання для отримання синтез-газу з природного газу, який далі на спеціально розроблених каталізаторах перетворюється в паливні вуглеводні. В ДНДПІ «Хімтехнологія» (м. Сєвєродонецьк) було створено лабораторний реактор для отримання ДМЕ з використанням біфункціонального каталізатора.
Враховуючи науковий потенціал установ НАН України, як-от Інститут фізичної хімії, Інститут газу, Інститут теплоенергетичних технологій, було б доцільно створити творчий колектив для розв’язання задачі зі створення дослідного пілотного зразка з виробництва синтетичного бензину з природного газу, орієнтуючись на подальше створення малогабаритних мобільних установок для використання їх на малопотужних українських родовищах задля отримання якісних рідких моторних палив.

Борис ІЛЬЄНКО, вчений секретар Інституту газу НАН України
Газета “Світ”, №33 – 34 2022 р.

Читайте також: