Ресурсы Туркменистана позволят наладить производство нового альтернативного топлива

Страна обладает большими запасами газа, который является первичным сырьём для получения диметилового эфира.

Туркменистан обладает огромными запасами природного газа. Власти страны принимают все необходимые меры по последовательному развитию отечественного топливно-энергетического комплекса. Природные ресурсы центральноазиатского государства в перспективе могут стимулировать отечественное производство нового альтернативного топлива.

Подробно о возможностях в данном направлении в своей очередной аналитической статье рассказал постоянный автор редакции CentralAsia.news, известный туркменский учёный, доктор технических наук Аллаберды Ильясов.

Идеальный энергоноситель

В своеобразном рейтинге углеводородных ресурсов Туркменистан по запасам природного газа занимает четвёртое место в мире. Этот углеводород играет в мировой экономике и энергетике XXI века такую же роль, какую сыграла в веке предыдущем нефть. По запасам, экономичности добычи и возможности использования, экологическим свойствам он является наиболее перспективным ресурсом способным обеспечить потребности человечества в энергии и углеводородном сырье, по крайней мере, в течение текущего столетия. 

Хотя природный газ появился на арене мировой энергетики относительно поздно, лишь во второй половине двадцатого века, и в отличие от угля и нефти никогда не выступал в роли основного энергоносителя. Однако его доказанные мировые ресурсы велики (около 155 трлн. м3) и постоянно пересматриваются в сторону увеличения. Так, например, в начале прошлого года на территориях, прилегающих к газовым месторождениям «Малай» и «Найып» в Лебапском велаяте Туркменистана, обнаружен новый купол в нижних слоях месторождений «Северный Дервиш» и «Малай». Первичные оценочные работы показали, что запасы газа в них составляют 30 и 21,7 млрд кубометров.

Сегодня природный газ является первичным сырьём для создания перспективных видов альтернативных синтетические моторных топлив. И прежде всего для производства диметилового эфира (ДМЭ) — экологически чистого продукта без содержания серы. Являясь альтернативой традиционному дизельному топливу, он привлекает к себе всё большее внимание учёных всего мира. И вот почему.

Делимая дилемма

В последние годы большое внимание уделяется поиску новых альтернативных топлив не нефтяного происхождения для двигателей внутреннего сгорания. Это связано, во-первых, с истощением запасов нефти на Земле, а во-вторых, с возрастающим негативным воздействием автомобильного транспорта на окружающую среду. В качестве «питания» для моторов чаще рассматриваются природный газ, спирты (метанол, этанол), водород, рапсовое масло и др. Но в последнее время активно ставится вопрос о применении диметилэфира в качестве заправки для дизельных автомобилей и автобусов, эксплуатируемых в городских условиях, где предъявляются особенно жёсткие требования по эмиссии токсичных веществ.

Работы в этом направлении в течение последних лет интенсивно ведутся за рубежом (США, Дания, Австрия, Швеция). Весной 1995 года группа всемирно известных фирм Amoco Co., AVL Powertrain Engineering Inc., специализирующихся на нефте- и газопереработке, катализу, двигателям и транспорту, анонсировала на Международном конгрессе и выставке в Детройте новое экологически чистое дизельное топливо — диметиловый эфир. Основными современными технологиями его получения являются процессы, основанные на конверсии синтез-газа. Их результаты показывают, что он является идеальным для дизелей, обеспечивая, благодаря наличию 35 процентов кислорода практически бездымную работу двигателя. 

Экологам на заметку

Основной причиной ухудшающейся с каждым годом экологической ситуации в мире, — непрерывный рост численности автомобильного парка. В ближайшем будущем годовые продажи только легковых автомобилей могут вырасти до 126,9 млн штук. При таком показателе уже к 2035 году мировой автопарк достигнет 2 млрд. Экологи не зря бьют тревогу. В выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками доля автотранспорта достигает в среднем 43 процента, парниковых газов — порядка 10 процентов, в массе промышленных отходов — два процента, в сбросах вредных веществ со сточными водами — около трёх процентов, в потреблении озоноразрушающих веществ — около пяти процентов.

Сложившаяся ситуация диктует принять адекватные меры. Одной из наиболее действенных является использование альтернативных экологически более чистых видов моторного топлива. Они рассматриваются как один из основных путей снижения негативного влияния автомобиля на окружающую среду. Поэтому из перспективных альтернативных топлив для двигателей внутреннего сгорания заслуживает внимания диметиловый эфир. В настоящее время это единственный синтетический продукт, обеспечивающий полную замену традиционному дизельному топливу. Интерес к диметиловому эфиру объясняется и тем, что в последние годы в мире разработаны новые технологии его получения из метана.

Исследования учёных доказывают, что применение диметилового эфира в качестве моторного топлива для дизелей является основанием для оптимистичных прогнозов. У ДМЭ есть преимущества перед дизельным и альтернативными топливами. К его достоинствам относятся пониженная склонность к сажеобразованию при горении, практически полное отсутствие дымности отработавших газов и хорошая самовоспламеняемость в дизеле. Его применение позволяет значительно снизить вредные выбросы с отработавшими газами и удовлетворить самые жёсткие перспективные нормы. Он нетоксичен, обеспечивает более низкие выбросы диоксида углерода, отработавшие газы при использовании этого топлива менее склонны к образованию фотохимического смога. Сопоставление его свойств с традиционным дизельным и других альтернативных топлив — метанола, этанола, метана — позволяет сделать вывод, что ДМЭ как топливо для дизельного или компрессионного двигателя превосходит любые, включая традиционные. Пониженная по сравнению с ДТ теплотворная способность частично окупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат мощности на очистку выхлопа.

Высокое качество эфира

Вопросы загрязнения окружающей среды, безопасности и влияния на здоровье людей при работе с диметилэфиром хорошо изучены промышленностью на примере аэрозоля CFC. (CFC или хлорфторуглероды — это газообразные химические вещества, состоящие исключительно из атомов хлора (Cl), фтора (F) и углерода (С). Отсюда и его аббревиатура). В настоящее время ежегодно производится только в странах Европы около четырёх млрд шт. баллонов. По своей химической формуле диметилэфир является простейшим эфиром, он не токсичен и не загрязняет окружающую среду, имеет очень малый период полураспада (менее суток), не канцерогенен и не вызывает мутаций. Однако возникает вопрос, на который необходимо будет ответить перед тем, как отдать преимущество именно этому топливу: нужны ли изменения в конструкцию двигателя и его системы питания для работы на этом газе? В настоящее время в мире ведутся активные исследования, направленные на решение задачи, и достигнуты определенные успехи. Существующие дизели могут быть конвертированы для новой работы без существенных переделок путём замены одной только топливной системы. 

При этом выявлено сохранение, а на некоторых режимах и улучшение до пяти процентов экономичности дизеля, повышение его эффективного коэффициента полезного действия по сравнению с работой на дизельном топливе. По энергоёмкости диметиловый эфир значительно превосходит дизельное топливо: цетановое число (характеристика воспламеняемости дизельного топлива) составляет 55-60 против 40-45 у дизельного топлива, температура воспламенения 2350 С против 2500 С у дизельного топлива. Такие свойства позволяют легко запускать дизельный двигатель при низких температурах окружающей среды, что актуально для северных стран мира. Поэтому положительные характеристики диметилэфира ставят его на одно из первых мест в списке альтернативных топлив для дизельных двигателей. Наличие в его составе атома кислорода обеспечивает бездымное горение топлива, превосходный холодный пуск двигателя, снижение уровня шума. Главное же преимущество ДМЭ как дизельного топлива — экологически чистый выхлоп. Он не токсичен и не загрязняет окружающую среду.

Из истории вопроса

Впервые диметилэфир начал использоваться в XX веке как пропилен в аэрозольных баллонах. Вообще хлорфторуглероды (и ДМЭ в частности) принадлежат к группе галоидоуглеродов, входящие в группу газов, не токсичны и не горючие. Они созданы в 1928 году как альтернатива различным химическим веществам, которые использовались в холодильниках. Также они были задействованы в качестве пропеллентов в инсектицидах, красках, кондиционерах для волос и других продуктах здравоохранения. Между 50-ми и 60-ми годами прошлого века они использовались в кондиционерах для домов, автомобилей и офисов. Всё это привело к глобальному распространению хлорфторуглеродов. 

В то время применение этих химикатов увеличилось примерно на миллион метрических тонн, которые производились ежегодно только в Соединённых Штатах Америки. Позже его потребление ещё больше увеличилось. Он достиг такой степени, что его использовали как аэрозоль, хладагент, пенообразователь для пен, упаковочного материала и в растворителях.

Во второй половине ХХ века диметилэфир приобрёл важное практическое значение в широком диапазоне областей применения, начиная от успешной попытки первого практического внедрения в начале 1960-х годов фирмой AkzoNobel (Нидерланды) в качестве пропеллента в аэрозольных баллонах. В это же время советские учёные получали его как побочный продукт синтеза метанола. Дегидратация метанола с получением диметилового эфира — исторически первый путь проведения данного синтеза. Этому процессу было посвящено множество работ советских и зарубежных учёных ещё с 1960-х годов. В 1970–1975 годах. И уже тогда диметилэфир был впервые применён в двигателях, применяемых на Крайнем Севере.

Газовый мир планеты

Уже сейчас муниципальные автобусные парки во многих городах Дании и Швеции переведены на ДМЭ. Большой интерес к нему проявляется в странах Азии, прежде всего, в Китае, где его используют в качестве бытового баллонного газа, взамен дизельного топлива и как топливо для электростанций. В Китайской Народной Республике основным сырьём для производства диметилового эфира является уголь. Первые промышленные установки по производству ДМЭ из угля были построены в Китае в 2003 году. К 2007 году их мощность выросла до 400 тыс. т/год. В Поднебесной предполагают использовать диметиловый эфир как дизельное топливо и как сжиженные углеводородные газы для коммунально-бытовых целей.

Этот химический элемент является превосходным газовым топливом для турбореактивных двигателей благодаря эмиссионным свойствам, сравнимым с природным газом. Расчёты японских исследователей показали, что при крупных масштабах производства применение ДМЭ в качестве топлива для газотурбинных установок более экономично, чем сжиженного газа.

Обусловлено это тем, что транспортировка и хранение обходятся значительно дешевле, чем сжиженного или сжатого газа. Япония имеет даже больший опыт, чем Китай, в разработке технологий производства ДМЭ. 

Выпуск ДМЭ в мире за последние несколько лет значительно возрос и в настоящее время составляет десятки миллионов тонн. Кроме Страны восходящего солнца, где построено несколько опытных установок по производству диметилового эфира и строится промышленная установка, и упомянутого ранее Китая интерес к производству ДМЭ, как заменителю дизтоплива, коммунально-бытового газа и энергетического топлива, проявляют также Иран, Тринидад и Тобаго, Оман, Нигерия, Катар, Египет, т. е. страны, обладающие запасами природного газа. Крупнейшими производителями помимо КНР являются Япония, Южная Корея и Бразилия. Ставятся вопросы о международной стандартизации диметилового эфира и топливной аппаратуры для его использования. 

Задачи и их решения

Качественная переработка природного газа — актуальнейшая задача нефтегазохимии. И синтез диметилового эфира одно из новых направлений в этой области. Сегодня примерно 80 процентов производимого в мире диметилового эфира используется для производства аэрозолей вместо фреона. Конъюнктура рынка и цены на продукт напрямую зависят от положения дел на рынке метанола — исходного сырья для его производства. Его свойства также позволяют заменить им сжиженный газ для отопления и приготовления пищи. Китай является крупнейшим потребителем данного продукта — его доля в мировой структуре потребления составляет около 90 процентов. Сейчас Поднебесная уже потребляет большое количество диметилового эфира в виде смеси с газом для этих целей.

Вообще особое внимание в последние годы во многих странах уделяется производству и применению биотоплив, которые в XXI веке могут оказать существенное влияние на развитие энергетики, систем устойчивого энергообеспечения разных регионов и внести свой вклад в диверсификацию используемых видов топлива. В будущем ожидается существенное увеличение доли выработки электроэнергии и тепла на нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсах. Одним из которых является диметиловый эфир.

30 мар 2023, 10:14
Источник фото: centralasia.news

Живая история Туркменистана. Аналитика, мнения экспертов, репортажи - на нашем канале в Яндекс.Дзен
Читать все новости Туркменистанa