Тенденции развития производства оксигенатов из природного газа

Неопределенность с будущими источниками нефтяного сырья, резкое снижение цен на природный газ по сравнению с ценами на нефть после начала разработки сланцевого газа в США [40] и ужесточение законов по охране окружающей среды создают реальную перспективу использования огромных ресурсов природного газа для производства традиционной продукции нефтехимии. Принципиальное значение имело бы также создание экономичных процессов перевода относительно неудобных газообразных продуктов в более универсальное и транспортабельное жидкое углеводородное сырье и моторные топлива. С этой точки зрения очень перспективны различные оксигенаты, т. е. производные углеводородов, содержащие в своем составе атомы кислорода, некоторые из которых могут быть получены не только на основе синтез-газа, но и прямым окислением.

Метанол.

Одним из наиболее вероятных кандидатов на роль такого углеродсодержащего сырья и универсального энергоносителя в экономике ближайшего будущего является метанол [41]. Поэтому в данный момент получение и использование метанола — одно из основных направлений научно-исследовательских работ в области промышленного химического синтеза [26]. Работы, проведенные в области переработки метанола с целью получения химических продуктов, открывают широкую перспективу развития химической промышленности. Метанол входит в число основных продуктов органического синтеза. Постоянное интенсивное развитие его производства обусловлено непрерывно расширяющимися областями применения, главные из которых — производство формальдегида, уксусной кислоты, растворителей, эфиров и других химических продуктов. В перспективе метанол может стать не только универсальным энергоносителем, но и универсальной основой органического синтеза. Его все шире используют в новых перспективных направлениях, наиболее важное из которых связано с производством высокооктановых компонентов моторных топлив [42]. Кроме того, метанол — это наиболее компактный источник водорода и со временем может сыграть важную роль в качестве его носителя в водородной энергетике [41].

По итогам 2013 г. мировое потребление метанола составило 66 млн т, в 2015 г. превысило 70 млн т, а для 2018 г. прогнозируется на уровне 92 млн т. Более половины произведенного метанола было использовано в энергетике в качестве топлива и горючего. Особенно быстро растет производство и потребление метанола в КНР [43], где оно уже достигло 30 млн т/год. В России по состоянию на начало 2014 г. функционировали девять производителей метанола с суммарной мощностью установок около 4 млн т/год.

Если еще недавно основным потребителем метанола были производители формальдегида, то сейчас более половины метанола так или иначе потребляется в топливном секторе. Метанол представляет собой эквивалент нефтяного дистиллятного топлива. Известны примеры его использования на электростанциях в качестве топлива для газовых турбин. На метаноле могут работать и котельные установки. Существенное преимущество метанола по сравнению с дистиллятным топливом — отсутствие в нем серы. Потенциальными потребителями топливного метанола являются электростанции, особенно во время температурных инверсий, транспорт, пищевая промышленность, металлургия (восстановительный газ) и другие отрасли. В определенных случаях уже сейчас экономически выгодно получать из метанола водород или использовать его непосредственно в качестве топлива для топливных ячеек [41].

Значение метанола как одного из наиболее перспективных альтернативных видов топлива для транспорта давно обсуждается в литературе [42, 43, 44]. При полном использовании положительных моторных качеств, в первую очередь высоких октановых чисел метанола (октановое число по исследовательскому методу — 112), смесей спиртов и бензино-метанольных смесей эти топлива вполне способны конкурировать с современными бензинами. Для всех типов автомобилей приемлема добавка метанола к бензинам в 2−3% без внесения в автомобиль каких-либо конструктивных изменений. Поскольку автомобили могут работать и на смесях, содержащих более высокую концентрацию метанола или других спиртов, использование таких смесей может стать важным ресурсом энергообеспечения транспорта [42].

Энергетическая эффективность двигателя, разработанного специально для работы на метаноле, на 30% выше, чем у аналогичного бензинового двигателя [44]. Особенно привлекательны его более высокие экологические характеристики. Однако масштабное внедрение метанола невозможно без структурной перестройки как метанольной, так и нефтеперерабатывающей промышленности, а также сети распределения автомобильных топлив. Поэтому, хотя по-прежнему сохраняется интерес к непосредственному использованию метанола в качестве топлива, в ближайшее время не ожидается большого рынка чистого метанола для использования в качестве топлива.

Метанол может применяться для питания двигателей либо в чистом виде, либо в эмульгированном состоянии в углеводородах, либо как один из компонентов при раздельной системе подачи топлива. Его можно предварительно конвертировать непосредственно на борту транспортного средства в СО и Н2 или соединения типа диметилового эфира. Одна из наиболее реальных на сегодняшний день схем эксплуатации электромобилей включает каталитическое конвертирование метанола в водород, питающий бортовые топливные элементы, хотя он может и непосредственно использоваться для питания электрохимических источников тока.