Исследование промышленного синтеза метанола и мирового рынка метанола
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
лся альтернативный способ переработки синтез-газа, где как минимум две стадии эффективнее, чем в существующих сейчас процессах.
ДМЭ - дизельное топливо XXI века
Наконец, недавно обнаружили, что ДМЭ и сам может быть экологически чистым дизельным топливом, бытовым газом и конкурентом сжиженного газа в газотурбинных установках. Более того, в декабре 2001 года в Италии состоялся международный симпозиум, посвященный геополитическим и другим проблемам транспорта газа и нефти из Каспийско-Кавказского региона в Западную Европу. По свидетельству очевидцев, доклад Н.А. Платэ, Ю.А. Колбановского и автора этой статьи, предложивших транспортировать газ в виде ДМЭ, произвел впечатление разорвавшейся бомбы. Такой подход позволит перевозить энергоноситель танкерами в любой регион Европы вместо прокладки трубопроводов по территориям, где их безопасность трудно гарантировать.
Значит, ДМЭ - потенциально крупнотоннажный продукт, масштабы потребления которого могут оказаться сопоставимыми с бензином и дизельным топливом.
ДМЭ в нормальных условиях - газ (температура кипения -24,9оС), который легко сжижается под давлением (5 атм при 20оС, 8 атм при 38оС). Он нетоксичен, поэтому его используют как наполнитель в аэрозольных упаковках. Быстро деградирует в атмосфере и может применяться как хладоагент, заменитель фреонов. По физическим свойствам ДМЭ близок к традиционным пропан-бутановым смесям, а значит, для его хранения, перевозки и применения можно использовать имеющуюся инфраструктуру.
Физические свойства ДМЭ были известны и раньше, но отношение к этому соединению кардинально изменилось, после того как на международном конгрессе в Детройте весной 1995 года представители группы известных фирм ("Amoco", AVL, "Haldor Topsoe") "вбросили в информационное пространство" серию докладов, посвященных ДМЭ. Все они утверждали, что ДМЭ обладает всеми свойствами экологически чистого дизельного топлива. После этого конгресса ДМЭ стали называть в публикациях "дизельным топливом XXI века".
Хотя по теплотворной способности (энергоемкости) ДМЭ в полтора раза уступает традиционному дизельному топливу (ДТ), по остальным показателям его превосходство несомненно: наиболее важная характеристика дизельного топлива - цетановое число (стандартная характеристика дизельного топлива, как, например, октановое число для бензина) ДМЭ составляет 55-60 против 40-55 для ДТ, температура воспламенения - 235оС против 250оС для ДТ. Такие свойства позволяют легко запускать холодный двигатель, а присутствие в составе ДМЭ атома кислорода обеспечивает бездымное горение топлива. К тому же двигатель, работающий на ДМЭ, практически не шумит. Главное же преимущество ДМЭ как дизельного топлива - экологически чистый выхлоп. В выхлопе нет оксидов серы и сажи, и после сгорания ДМЭ получается только такое небольшое количество оксидов азота, что выхлоп без всякой очистки соответствует самым жестким в мире экологическим требованиям EURO-3 и ULEV (EURO-3 - последние европейские нормы для автомобильного выхлопа, а ULEV - наиболее жесткие в США нормы штата Калифорния).
Наконец, недавно японские исследователи посчитали, что при крупных масштабах производства применение ДМЭ в качестве топлива для газотурбинных установок более экономично, чем сжиженного газа.
Более того, и зарубежные, и отечественные специалисты утверждают, что перевод транспорта на ДМЭ тоже не вызовет особых проблем. В общем, перспективы головокружительные. Серьезные затруднения могут возникнуть только при создании инфраструктуры, поскольку то, что используется для пропан-бутановых смесей, составляет лишь малую долю от потенциальной потребности.
Как нам реорганизовать вторую стадию
Сейчас ДМЭ получают дегидратацией метанола на оксиде алюминия и других катализаторах: 2СН3ОН=СН3ОСН3+Н2О. В мире производится ~150 тыс. т ДМЭ в год (в России он не производится совсем), но фактически его гораздо больше, так как это не выделяемый промежуточный продукт при синтезе углеводородов из природного газа или угля через метанол (см. схему 1).
Считается, что превращение метанола в углеводороды протекает так:
метанол --> ДМЭ --> этилен --> бензин
В последнее время появились новые разработки: фирмы "Mobil" (США) и "Haldor Topsoe" (Дания) в которых описывается, как напрямую синтезировать ДМЭ из синтез-газа. Аналогичные процессы создали недавно фирма NKK (Япония) и Институт нефтехимического синтеза РАН (Г.И.Лин и др.). В этих процессах одновременно протекают три уже упоминавшихся реакции:
СО2+3Н2=СН3ОН+Н2О (+49,8 кДж/моль),
СН3ОН=(СН3)2О+Н2О (+23,4 кДж/моль)
СО+Н2О=СО2+Н2 (+40,9 кДж/моль).
Технология близка к технологии синтеза метанола, но если в синтезе метанола при пропускании через реактор с катализатором превращается 15-20% оксидов углерода, то в синтезе ДМЭ - 60-80% при близких условиях. Соответственно резко возрастает производительность единицы объема реактора, но что еще важнее - в нем можно использовать "бедный" синтез-газ, получаемый при окислении природного газа воздухом и содержащий 50-60% азота и всего 10-15% оксида углерода. По разным оценкам, прямой синтез ДМЭ из синтез-газа на 5-20% экономичнее синтеза эквивалентного количества метанола. Юмор ситуации состоит в том, что в современной промышленности ДМЭ получают из метанола.
Ученые Института нефтехимического синтеза РАН совместно с учеными из Института органической химии РАН реализовали процесс до конца, то есть до получения бензина. Непосредственно из си