Использование атмосферного углекислого газа в качестве сырья нефтехимического синтеза
Предпосылки диверсификации сырьевой базы нефтепереработки и нефтехимии. Описание известных способов утилизации атмосферного углекислого газа. Закономерности и перспективы его переработки в синтез-газ, являющимся сырьем для синтезов ФишераТропша.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 17.02.2019 |
Размер файла | 61,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование атмосферного углекислого газа в качестве сырья нефтехимического синтеза
Средняя концентрация углекислого газа в атмосфере Земли увеличивается с каждым годом. По данным Института океанографии Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего с 1958 года содержание углекислого газа в атмосфере повысилось на 30%.
По словам исследователей, в апреле 2018 года концентрация диоксида углерода в атмосфере достигла рекордно высокого уровня 410 ppm. Концентрация 400 ppm впервые в истории была отмечена в 2013 году. «До индустриальной революции содержание СО2 в атмосфере никогда не превышало 300 ppm в течение последних 800 тыс. лет», - говорится в заявлении [1].
Основными источниками выброса углекислого газа в атмосферу являются производство, транспортировка, переработка и потребление ископаемого топлива (86%), сведение тропических лесов и другое сжигание биомассы (12%), и остальные источники (2%), например, производство цемента и окисление моноксида углерода [2].
Отличительной особенностью парниковых свойств диоксида углерода по сравнению с другими газами является её долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей её эмиссии остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, существуют в свободном состоянии в атмосфере не так долго.
Кроме парниковых свойств диоксида углерода, имеет значение тот факт, что он тяжелее воздуха. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г./моль, а молярная масса CO2 - 44,01 г./моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и, соответственно, к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта, такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности.
Выработанное в Париже соглашение по климату впервые в истории объединило усилия всех мировых держав по сдерживанию климатических изменений. Оно пришло на смену действовавшему до того момента Киотскому протоколу от 1997 года, установившему квоты по выбросу парниковых газов только для нескольких развитых стран, однако США вышли из этого соглашения, а ряд других стран не выполнили договоренности.
Парижское соглашение определяет меры по борьбе с изменением климата, а именно сокращение выбросов парниковых газов, переход к новой, низкоуглеродной модели экономического развития [3].
Улавливание выбросов углекислого газа с последующим использованием его в качестве сырья для процессов направленного синтеза важнейших продуктов нефтехимии через промежуточный этап получения синтез-газа позволяет изменить (диверсифицировать) сырьевую базу нефтехимических производств.
Синтез-газ - смесь газов, главными компонентами которой являются СО и Н2; используется для производства разных соединений нефтехимического синтеза. Термин «Синтез-газ» исторически связан с Фишера-Тропша синтезом (1923), когда исходный для него газ получали газификацией кокса или полукокса. В настоящее время синтез-газ используется в химической промышленности для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов, спиртов, углеводородов и синтетического моторного топлива. Кроме этого, он также используется в качестве экологически чистого источника тепла и энергии [4].
В процессе проводимых исследований проведен литературный и патентный поиск по изучению и анализу существующих способов получения синтез-газа. Известен способ получения синтез-газа высокотемпературной термической обработкой смеси, содержащей один или несколько углеводородов и соединение с одним или несколькими атомами кислорода и дальнейшим охлаждением полученного синтез-газа. Его недостатком является применение высоких температур 1420-1800°C, применение теплоносителя, что предполагает большие энергетические и капитальные затраты и использование аппаратов из высоколегированных дорогих сталей. Кроме того, недостатком является использование углеводородного сырья (метансодержашего газа).
Следует отметить также, что при температурах выше 1000°C может протекать термическое разложение молекул углеводородов, в частности метана, на водород и углерод. Образовавшийся водород способен каталитически восстанавливать диоксид углерода на различных катализаторах до оксида углерода и далее до метана.
Известна технология превращения смеси диоксида углерода и воды в синтез-газ на стенках специального реактора, покрытых диоксидом церия при высоких температурах, порядка 1600 К, достигаемых концентрированием энергии солнечного излучения специальными концентраторами. Превращение диоксида углерода и водяного пара в смесь оксида углерода и водорода протекает за счет каталитического действия диоксида церия в присутствии водорода, образовавшегося из водяного пара. Производительность такого способа очень низкая, так как при температуре 1600 К степень разложения водяного пара с образованием водорода очень низка - около 1,2·10-6%, а для полного разложения водяного пара на водород и кислород необходима температура порядка 3000 К. Недостатками данного способа являются также низкая производительность, экзотичность, нетехнологичность, зависимость от интенсивности солнечного излучения и использование высоких температур.
Наиболее интересным является способ получения синтез-газа конверсией парогазовой смеси, содержащей диоксид углерода и водяной пар в соотношении (1,0-2,3):1 в электролизере с твердым оксидным электролитом при 1120-1220 К.
Согласно данной технологии, превращение диоксида углерода в синтез-газ осуществляется за счет электрохимического восстановления водородом, полученным высокотемпературным электролизом водяного пара на катоде.
Недостатками технологии являются использование высоких температур, приводящих к повышенным энергетическим затратам, и сложность технологии, совмещающей процесс мембранного выделения углекислого газа из дымовых газов с последующим высокотемпературным электролизом с использованием теплоносителя.
Для упрощения и усовершенствования технологии получения синтез-газа конверсией диоксида углерода было проведено лабораторное исследование, в результате которого лучшие результаты были получены при температурах до 350°С и атмосферном давлении на катализаторе содержащим 0,8-8,0% церия и катализатора, содержащим от 1,0 до 3,0% меди двухвалентной, нанесенных на г-оксид алюминия, с большой удельной поверхностью методом пропитки [5,6].
100см3 носителя катализатора г-оксида алюминия насыпной плотностью 0,800г/см3 и удельной поверхностью 180м2/г сушили в сушильном шкафу при температуре 150єС в течение трёх часов. Затем осушенный носитель заливали 100см3 пропиточного водного раствора азотнокислой меди или церия определенной концентрации. Пропитку носителя катализатора вели в течение десяти часов, остатки раствора выпаривали. Катализатор подвергали термообработке в муфельной печи при температуре 400єС в течение двух часов. После охлаждения получали 100см3 катализатора, содержащего от 1,0 до 6,0% металла на г - Аl2O3. Полученный катализатор загружали в металлический цилиндрический реактор, объемом 100см3 (длина цилиндрической части 150 мм, диаметр 27 мм) оборудованный электрообогревом. Катализатор в реакторе подвергали восстановительной активации в токе водорода с расходом 300 мл/мин при температуре 200єС в течение двенадцати часов. Далее через реактор с восстановленным катализатором пропускали смесь СО2 и Н2 в объемном соотношении 1:3 при температуре 350 єС с общим объемным расходом газовой смеси 20000 ч-1. На выходе из реактора получали синтез-газ с мольным соотношением Н2:СО = (3-2):1. Синтез-газ содержит небольшое количество диоксида углерода, не содержит метана или других соединений.
Катализатор не требует предварительного восстановления, а разрабатывается в процессе подъема температуры. Оптимальный температурный режим 300-370°С. В этих условиях достигается 85-100% конверсия СО2 при такой же селективности по СО.
нефтепереработка утилизация углекислый газ
Разработанный способ получения синтез-газа позволяет упростить технологии процесса, снизить энергетические затраты и достигнуть полного превращения диоксида углерода в синтез-газ при невысоких температурах без использования дополнительного количества углеводородного сырья и водяного пара.
Улавливание выбросов СО2 с последующим использованием его в качестве сырья для процессов нефтехимического синтеза позволяет изменить (диверсифицировать) сырьевую базу производств органического синтеза, одновременно снизив добычу углеводородного ископаемого сырья, что в свою очередь позволит не только улучшить экологическую обстановку, но и снизить затраты на добычу, очистку, переработку и транспортировку нефти и газа.
Источники
1. Пахомов А. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла в апреле рекордного уровня / [электронный ресурс]. URL:https://tass.ru/nauka/5179505 (дата обращения 13.09.2018).
2. Парниковые газы. Справка / [электронный ресурс]. URL: https:// ria. ru/ eco /20090922/185975866. html (дата обращения 13.09.2018).
3. Парижское соглашение по климату / [электронный ресурс]. URL: https:// ria. ru/ spravka /20171212/1510681570. html (дата обращения 13.09.2018).
4. Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. Под ред. И.Л. Кнунянца. - 1988.
5. Гулиянц С.Т., Александрова И.В. Способ получения синтез-газа Патент РФ 2537627, опубликован 10.01.15. Бюл. №1.
6. Александрова И.В., Гулиянц С.Т. Гулиянц Ю.С. Способ получения синтез-газа. Патент РФ №2651195, опубликован 18.04.18. Бюл. №11.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Назначение и описание процессов переработки нефти, нефтепродуктов и газа. Состав и характеристика сырья и продуктов, технологическая схема с учетом необходимой подготовки сырья (очистка, осушка, очистка от вредных примесей). Режимы и стадии переработки.
контрольная работа [208,4 K], добавлен 11.06.2013Классификация углеводородных газов. Процесс очистки газов от механических примесей. Осушка газа от воды гликолями. Технология удаление сероводорода и углекислого газа. Физико-химические свойства абсорбентов. Процесс извлечения тяжелых углеводородов.
презентация [3,6 M], добавлен 26.06.2014Описание аппарата синтеза метанола из конвертированного газа на медьсодержащем катализаторе. Теоретический анализ процесса. Обоснование оптимальных технологических параметров. Описание технологической схемы синтеза, анализ экологической безопасности.
курсовая работа [389,7 K], добавлен 23.06.2014Описание конструкции балки. Особенности сварки в среде углекислого газа. Подготовка металла. Сварочные материалы и режимы сварки. Описание конструкции электростенда и принципа его работы. Производительность оборудования, заработная плата и отчисления.
дипломная работа [4,7 M], добавлен 17.05.2012Проблемы переработки нефти. Организационная структура нефтепереработки в России. Региональное распределение нефтеперерабатывающих предприятий. Задачи в области создания катализаторов (крекинга, риформинга, гидропереработки, изомеризации, алкилирования).
учебное пособие [1,6 M], добавлен 14.12.2012Необходимость замены нефти, угля и газа на биотоплива, их преимущества и недостатки. Поиски альтернативных способов синтеза высокооктановой органики без применения истощающихся ископаемых ресурсов. Сырье для биотоплив: рапс, водоросли, этанол, тростник.
реферат [361,0 K], добавлен 24.05.2009Оценка способов покрытия пика неравномерности потребления газа. Технологическая схема отбора и закачки газа в хранилище. Емкости для хранения сжиженного газа. Назначение, конструкция, особенности монтажа и требования к размещению мобильного газгольдера.
курсовая работа [788,3 K], добавлен 14.01.2018Использование природного газа в доменном производстве, его роль в доменной плавке, резервы снижения расхода кокса. Направления совершенствования технологии использования природного газа. Расчет доменной шихты с предварительным изменением качества сырья.
курсовая работа [705,8 K], добавлен 17.08.2014Объем воздуха, необходимый для горения топлива. Выход газообразных продуктов горения. Материальный баланс печи. Выход углекислого газа из сырья. Тепловой эффект клинкерообразования. Тепловой баланс теплового агрегата. Аэродинамический расчет печи.
курсовая работа [114,1 K], добавлен 08.02.2013Сварка как технологический процесс получения неразъемных соединений, характеризующихся межатомной или межмолекулярной связью. Сборочно-сварочные оборудования и инструмент. Охрана труда или пожарная безопасность при сварке в среде углекислого газа.
курсовая работа [337,8 K], добавлен 28.05.2015История и перспективы газовой отрасли в Казахстане. Методы и системы измерений количества и показателей качества природного газа. Использование конденсационного гигрометра для замера влажности газа. Применение приборов на основе изменения импеданса.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 26.10.2014Источники образования и допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода в шахтах. Факторы, определяющие климат в горных выработках. Последовательная и параллельная работа вентиляторов. Влияние утечки воздуха на проветривание шахты.
контрольная работа [626,3 K], добавлен 23.10.2009Пути утилизации попутного нефтяного газа. Использование сжигания попутного нефтяного газа для отопительной системы, горячего водоснабжения, вентиляции. Устройство и принцип работы. Расчет материального баланса. Физическое тепло реагентов и продуктов.
реферат [658,7 K], добавлен 10.04.2014История развития рынка сжиженного природного газа, его современное состояние и перспективы развития. Технология производства и транспортировки сжиженного природного газа, обзор перспективных проектов по созданию заводов по сжижению газа в России.
реферат [2,5 M], добавлен 25.12.2014Сварка как один из наиболее распространенных технологических процессов во всех отраслях промышленности. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при сборке и сварке в среде углекислого газа каркаса жатки. Мероприятия по улучшению условий труда.
реферат [49,1 K], добавлен 24.06.2013История развития мясокомбината, характеристика сырьевой базы. Методы обеспечения качества продукции. Охрана труда на предприятии. Характеристика основного производства мясожирового цеха. Технология обработки туш и оборудование цеха для переработки мяса.
отчет по практике [174,1 K], добавлен 28.04.2015Анализ общих сведений по Уренгойскому месторождению. Тектоника и стратиграфия. Газоносность валанжинского горизонта. Свойства газа и конденсата. Технологическая схема низкотемпературной сепарации газа. Расчет низкотемпературного сепаратора очистки газа.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.06.2014Характеристика Уренгойского газоконденсатного месторождения. Описание оборудования для очистки и одоризации газа. Рассмотрение источников и основных производственных опасностей на месторождении. Определение себестоимости газа, расчет заработной платы.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 21.10.2014Анализ газовых горелок: классификация, подача газа и воздуха к фронту горения газа, смесеобразование, стабилизация фронта воспламенения, обеспечение интенсивности горения газа. Применения систем частичной или комплексной автоматизации сжигания газа.
реферат [1,2 M], добавлен 23.12.2011Схема добычи, транспортировки, хранения газа. Технологический процесс закачки, отбора и хранения газа в пластах-коллекторах и выработках-емкостях. Базисные и пиковые режимы работы подземных хранилищ газа. Газоперекачивающие агрегаты и их устройство.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 14.06.2015