Моторное топливо на базе ненефтяного сырья

Синтез метанола и моторных топлив (через метанол)
из синтез-газа
СО2 + 3Н2 = СН3ОН + Н2О (1)
СО + Н2О = СО2 + Н2 (2)
Итого: СО + 2Н2 = СН3ОН (50-100 атм, 200-300оС)
Мировые мощности ~30 млн т, РФ ~2 млн т
Термодинамика реакции (1) неблагоприятна,
поэтому синтез ведут при многократной (не менее 6) циркуляции
синтез-газа (с отбором метанола) с большими затратами электроэнергии.
Метанол перерабатывают в моторное топливо в результате цепи превращений:
СН3ОН → СН3ОСН3 (ДМЭ) → этилен → бензин
Все реакции протекают в одном реакторе на цеолитных катализаторах
Производство бензина через метанол не рентабельно.
Получаемый бензин дороже нефтяного.

Синтез диметилового эфира (ДМЭ) из синтез-газа
В реакторе синтеза ДМЭ протекают следующие реакции:
Синтез метанола:
СО2 + 3Н2 = СН3ОН + Н2О (1)
Синтез диметилового эфира:
2 СН3ОН = СН3ОСН3 + Н2О (2)
Реакция водяного газа:
СО + Н2О = СО2 + Н2 (3)
Реакции (2) и (3) «помогают» синтезу метанола, превращая продукты реакции (1) и сдвигая равновесие.
Реакция (3) «регулирует» соотношение СО2/Н2О в продуктах
в зависимости от СО/Н2 в исходном газе.
В зависимости от СО/Н2 в исходном газе
итоговое уравнение суммарной реакции имеет вид:
3СО + 3Н2 = СН3ОСН3 + СО2 при малых СО/Н2 (~1)
2СО + 4Н2 = СН3ОСН3 + Н2О при больших СО/Н2 (>3)

Сравнительная характеристика процессов
синтеза метанола и синтеза ДМЭ

Некоторые свойства ДМЭ

Выхлоп ДМЭ и нормы токсичности отработанных газов
(ЕЭК ООН)
(по данным Haldor Topsoe A/S, 2001 г.)

Некоторые свойства ДМЭ, пропана и бутана

Некоторые свойства дизельного и альтернативных топлив

Характеристики бензина,
полученного из синтез-газа (через ДМЭ)

Пересмотр стадийной схемы переработки природного газа
в моторные топлива
Природный синтез-газ (метанол) ДМЭ углеводороды газ
Природный газ синтез-газ метанол (ДМЭ) углеводороды
Новая схема
(разработан катализатор и процесс)
В результате двойной выигрыш:
стадия: синтез-газ ДМЭ - эффективнее и экономичнее,
чем стадия: синтез-газ метанол;
стадия: ДМЭ углеводороды - проще и эффективнее,
чем стадия: метанол углеводороды
Традиционная схема

Генератор синтез - газа

Получение синтез-газа при горении
метано-воздушных смесей
Принципиальная схема химического реактора на базе ракетных технологий

Реактор получения синтез-газа
(на базе ракетных технологий)
ПНТЦ
Опытно-промышленная установка получения бензина из природного газа

Реактор получения синтез-газа
(Выход на блок каталитического синтеза ДМЭ)

Компоненты цен СНГ
По данным журнала «Нефть России», 2003, № 8

Производство GTL.
Удельные капитальные затраты
Зависимость удельных капиталовложений от мощности GTL завода
ЦЭМИ РАН, О.Б. Брагинский

Цены синтетического топлива в районе потребления
(расчеты компании Chem. System, США)
Экономика производства диметилового эфира (ДМЭ)
ЦЭМИ РАН, О.Б. Брагинский

Токообразующие процессы на катоде и аноде топливного элемента (ТЭ) с твердым мембранным полимерным электролитом
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЭ
Cвободная энергия реакции окисления топлива:
∆G = ∆H – T ∆S
преобразуется в электродвижущую силу:
E° = -∆G/(nF)
ДОСТОИНСТВА
наиболее высокий КПД (>0.95) преобразования энергии из-за отсутствия потерь тепла и механической энергии.
высокая экологическая чистота.
ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА ТЭ
катализатор

Прямое электроокисление водорода
катализаторы

Прямое электроокисление синтетического жидкого топлива
катализаторы

Проблемы топливных элементов
Новые виды топлив (водород, водородный газ, метанол,этанол, этиленгликоль,глицерин и т.п.).
Новые материалы для мембранных полимерных электролитов.
Новые эффективные катализаторы. Замена платины.
Решение этих проблем позволит на основе эффективного использования собственных ресурсов создать экологически чистые,
с высоким КПД:
распределенное производство электроэнергии на топливных элементах мощностью от 100 Вт до 200 кВт
транспорт
портативные источники для электронных устройств

Зависимости активности катализатора RuNi, нанесенного на саже
(15 мас.%), от количественного соотношения Ru и Ni при различных потенциалах V и мольных соотношениях k=КOH/CH3OH в прямом окислении метанола