Крупные месторождения газа находятся не там, где он потребляется. Гигантские трубопроводы, газоперекачивающие станции, терминалы по сжижению газа и флот танкеров-газовозов, то есть технологии уродующие Землю – это чрезвычайно дорогая инфраструктура, которая становится ещё более дорогой, например, при попытках использовать нефтяной попутный газ, в недостаточно больших количествах получаемый при добыче нефти, по этой причине как бы тайно от надзорных органов сжигаемый в факелах. По данным World Bank, в мире сжигается 140 миллиардов кубических метров попутного газа. Россия, сжигая 35 миллиардов кубических метров попутного газа, лидирует по этому показателю с большим отрывом от следующих за ней стран – Нигерии и Ирана. Конечно, в минимальном варианте получение из газа синтетической нефти в местах добычи могло бы решить проблему сжигания попутного газа, но только в принципе. Этому сейчас мешает нежелание газовиков и нефтанников даже временно снизить свои доходы, затратив часть прибыли на оборудование по переработке газа в нефть. Технология переработки газа в нефть, называемая GTL, имеется. По максиму же, можно было бы по этой технологии получать несть из любого продукта, содержащего углерод: из навоза, мусора, соломы. Вопросов на эту тему много и они трудные, например, насколько длинной будет технологическая цепочка, сколько будет стоить такое производство, а самое главное, нужно ли это правителям государств, если можно жить проще, довольствуясь плодами поборов с уже существующих производств.
Первые опыты по разработке синтетической нефти проводили немецкие ученые Франц Фишер и Ганс Тропш в 1919 году. Они обнаружили, что в присутствии некоторых металлов синтез-газ реагирует, образуя углеводороды. Они поняли, что это путь к альтернативному топливу. Уже в 1928 году у них действовала опытная установка. Как и для любой серьезной технологии, было недостаточно осуществить реализацию одной главной реакции. Фишер и Тропш организовали получение синтез-газа из угля, очистку этого газа и проведение реакции синтеза жидких углеводородов.
В качестве носителя, то есть твердой фазы, которая несет активный компонент, выступал кизельгур, добывавшийся в горах Южной Германии. Кизельгур – это естественная пористая глина. Его пропитывали солями кобальта из Саксонии, а также солями тория. О том, что радиоактивность тория – это проблема, тогда никто не знал.
В 1934 году в Германии построили первый промышленный завод по производству синтетической нефти. К этому времени к власти пришел Адольф Гитлер. Уже к началу Второй мировой войны в Германии было построено несколько заводов по производству синтетического топлива, а к 1945 году в мире было 15 заводов синтеза Фишера – Тропша, а именно в Германии, США, Китае и Японии, общей мощностью около 1 миллиона тонн углеводородов в год. Они выпускали в основном синтетические моторные топлива и смазочные масла. Так появилось эрзац-топливо.
Катализатор Фишера – Тропша производил очень сложный продукт. Заводы первого поколения кроме полезного эрзац-бензина производили еще 72 побочных продукта: мыло, стиральный порошок, химические реактивы, растворители, органические кислоты, тяжелые спирты и другое промежуточное сырье для химической промышленности.
В 1945 году Германия была разбита. Все заводы снесли, кроме трех, попавших в советскую зону оккупации и вывезенных в порядке репарации в Советский Союз.
После поражения Германии во Второй мировой войне большая часть специалистов по производству немецкого эрзац-топлива переехала в Южно-Африканский Союз, позднее ставший Южно-Африканской Республикой. Ситуация там была похожа на немецкую: богатые запасы угля и отсутствие собственных месторождений нефти. Для обеспечения экономической безопасности в условиях сложных отношений страны с внешним миром была реализована программа исследований и строительства заводов по производству синтетического топлива.
Таким образом, и второе поколение технологии Фишера – Тропша тоже развивалось не по экономическим, а по политическим соображениям, хотя сама технология существенно продвинулась вперед.
Ученые в ЮАР стали использовать литой железный катализатор и сложные реакторы с кипящим слоем. Через катализатор пропускали мощный поток синтез-газа снизу вверх, и катализатор кипел в этой многофазной среде. При этом хорошо решалась проблема отвода тепла, которая для реакции Фишера – Тропша появлялась при росте производительности процесса. С другой стороны, нужно было решать проблему отделения полезного продукта. В целом второе поколение технологии давало меньше побочных продуктов, но экономического смысла в его применении все еще было немного.
В октябре 1973 года ОПЕК отказалась поставлять нефть странам, поддерживающим Израиль. Цены на нефть выросли, а в Европе и США возник острый дефицит топлива. Ситуация быстро нормализовалась, но для западных стран остро встал вопрос национальной топливной безопасности. Одним из вариантов решения было производство синтетической нефти. Развитием технологии нового поколения занялись крупнейшие нефтяные компании. В качестве сырья использовался природный газ, так как процесс газопереработки был проще и чище, а цены на сырье – низкими.
Новая технология получила название GTL третьего поколения. В третьем поколении вновь использовался кобальтовый катализатор, который у Фишера и Тропша производил множество побочных продуктов. Химики в 1960-1970-е годы работали над повышением селективности, чтобы получать меньше отходящих газов и побочных продуктов. В итоге они обнаружили, что лучший результат получается, если предельно увеличить число полимеризации. Когда молекулы углеводородов растут на активных центрах, то чем больше число полимеризации, тем длиннее молекулы углеводородов. Основным продуктом на выходе реактора Фишера – Тропша третьего поколения является высокоплавкая масса – воски, а также побочные продукты. Побочных продуктов было гораздо меньше, чем в случае первого и второго поколения, но все же было больше десятка.
В 1970-х годах стали использовать два вида реакторов. Один из них – все те же классические реакторы Фишера – Тропша с неподвижным слоем катализатора. Другой – трехфазные барботажные реакторы, в которых используется кобальт с добавками, увеличивающими число полимеризации. Используются мелкие частички катализатора, которые существенно меньше миллиметра.
Трехфазные барботажные реакторы отличаются тем, что их сложно разрабатывать в лабораторных условиях. Все исследования нужно вести в заводских масштабах. К примеру, размеры реактора Oryx в Катаре – 52 метра в высоту, 11 метров в диаметре.
Даже с учетом всех усовершенствований не удалось сделать коммерчески привлекательную технологию получения синтетической нефти. Кризис быстро прошел, технология была разработана, но никто не спешил строить новые заводы. Как коммерческая технология третье поколение было воплощено в жизнь только через государственную программу Катара по диверсификации экспорта. Из одной экспортной позиции – газа – Катар захотел сделать две: газ и нефть.
Технология третьего поколения все же оказалась недостаточно производительной, чтобы оправдать строительство заводов синтетической нефти. Основными препятствиями стали низкая производительность реакторов Фишера – Тропша, короткий срок жизни катализаторов и, самое главное, необходимость строить нефтехимические производства, чтобы превратить твердые воски в продукт, востребованный на рынке, – жидкое моторное и авиационное топливо.
Поэтому стала разрабатываться технология четвертого поколения. Ее основная задача – уменьшить минимальный окупаемый размер производства синтетического топлива, получить возможность строить небольшие заводы и работать в удаленных точках без большого количества персонала и производства побочных продуктов.
В настоящее время удалось создать катализатор, представляющий собой композитные гранулы из активного металла, который живет в многокомпонентном композите. Гранулы катализатора дают продукт в виде легкой синтетической нефти с четырехкратной производительностью. Они производят синтетическую нефть без каких-либо побочных продуктов и не требуют дополнительных процессов переработки восков. Технология четвертого поколения включает два этапа: окисление природного газа в синтез-газ и получение синтетических жидких углеводородов.
Первый этап производства – получение синтез-газа. Синтез-газ – это общий знаменатель, к которому приводят разные виды углеродсодержащего сырья: газ, уголь, биомассу. Он представляет собой смесь водорода и монооксида углерода (угарного газа). Так как все химические процессы, которые дают конечные продукты, чувствительны к тому, что подается на вход, необходимо сводить все колебания и изменения сырья к общему знаменателю и делать синтез-газ со стабильными характеристиками из любого углеродсодержащего сырья: из угля, биомассы, попутного газа. Завершением первого этапа является подготовка синтез-газа, доведение его чистоты и соотношения количества водорода к монооксиду углерода до нужных параметров.
Второй этап – каталитический процесс Фишера – Тропша на современном катализаторе четвертого поколения и получение единственного продукта – синтетической нефти.
Но всё это сказка, плохо вписывающаяся в хищническую экономику…
По Попмех.