Способы получения бензина из угля
1.Обработка каменного угля водородом при высоких температурах. Этот процесс получил название гидрогенизации углей. В результате получают “нефтяное” соотношение углерода и водорода, при начальном содержании углерода в угле до 97%. В лабораторных условиях этот процесс был осуществлён ещё в 60-х годах 19 века. Из одной тонны угля и 200 м3 водорода удавалось получить до 60 кг смеси углеводородов, дающей при ректификации (разгонке):
– бензина – около 30%;
– дизельного топлива – около 40%;
– масла – около 8%;
– газов – около 20%.
Здесь необходимо отметить, что, несмотря на реальность процесса, технология его требует усовершенствования. Современная аппаратура получается сложной и дорогостоящей.
2.Получение углеводородов из смеси окиси углерода и водорода. Ещё в 1908 г. русский химик Е. Орлов доказал возможность такого процесса. Смесь газов образуется в газогенераторах при взаимодействии раскалённого угля с водяным паром. Этот способ усовершенствовали немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш. Получение топлив по этой технологии в Германии удалось наладить в промышленном масштабе.
В России в настоящее время этим направлением занимается Институт катализа РАН.
Смесь окиси углерода и водорода называют синтез-газом. Из синтез-газа можно получить не только бензин, но и другие продукты современной химической промышленности.
Существует три способа получения жидкого топлива из синтез-газа [7]:
а) синтез углеводородов при помощи катализаторов, содержащих кобальт и железо. Путь реален, но малоперспективен, так как получаемый бензин имеет низкую детонационную стойкость, а в дизельной фракции присутствует большое количество парафинов, что повышает температуру застывания и создаёт трудности при использовании топлива при низких температурах;
б) синтез метанола (метилового спирта), используемого как сырьё для последующей переработки его в углеводороды, соответствующие бензиновым фракциям. Этот способ основан на применении новых катализаторов – цеолитов. В Институте катализа созданы опытные марки катализаторов, позволяющие получить с 1 м3 объёма химического реактора до 10 тонн бензина в сутки с октановым числом 92–100 ед.;
в) синтез-газ пропускают через слой разработанного катализатора, минуя стадию метанола. Этот способ позволяет получить углеводороды, близкие по структуре к бензиновым фракциям нефти. С технической точки зрения конструкция установки довольно проста.
3. Получение бензина и дизельного топлива при разгонке жидкой смолы, образующейся в результате процессов коксования и полукоксования угля и сланцев. Это достаточно перспективный способ, так как позволяет перерабатывать широко распространённое сырьё, являющееся отходом производства.
Перечисленные способы получения требуют дальнейшей разработки в силу ряда имеющихся недостатков:
– сложность установок;
– дорогостоящее оборудование;
– необходимость глубокой очистки полученных топлив;
– загрязнение окружающей среды побочными продуктами в процессе производства.
Технико-экономические исследования показали целесообразность переработки углей и других твёрдых топлив в бензин и дизельное топливо при условии низкой стоимости добычи и транспортирования сырья. Например, добыча угля открытым способом (Канско-Ачинский угольный бассейн и др.).
Спирты и спиртовые смеси
Спирты, как моторное топливо, постоянно рассматривались на всём протяжении развития двигателей внутреннего сгорания. Так, ещё в 1902 году на Интернациональном конкурсе в Париже демонстрировались свыше 70 двигателей, работающих на спиртах и спиртовых смесях. В 1905–1907 гг. геологический комитет США провёл более 2000 опытов по оценке экономичности работы поршневых двигателей на спиртах [11].
Вопрос применения спиртов как моторного топлива подробно исследовался и русскими учёными, которые ещё в 1901 г. указывали на перспективность спиртовых топлив в связи с неизбежным истощением нефтяных ресурсов. Однако в связи с открытием новых, богатейших месторождений нефти интенсивным их использованием и строительством крупных заводов по переработке нефти в моторное топливо, вопросам применения спиртов стали уделять всё меньше внимания.
По ряду причин в прошлом спирты рассматривались главным образом в плане получения высоких мощностных показателей двигателей, вследствие чего их применение связывалось только со специальными и гоночными автомобилями. В последние годы появились новые аспекты применения спиртов, обеспечивающих снижение токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и расширение топливно-сырьевой базы современного автомобильного парка.