Анализ промышленного синтеза метанола и мирового рынка метанола

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 - 235^оС против 250^оС 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),

2СН₃ОН=(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 синтез-газа через ДМЭ они получили высокооктановый бензин с весьма высокими показателями. Его октановое число 92-93, в нем практически отсутствуют вредные примеси (бензол, дурол, изодурол), почти нет непредельных углеводородов (~1%) и совсем нет серы. Ясно, что по экологическим характеристикам получаемый бензин превосходит нефтяной. Как логичное завершение теоретических исследований, с участием Института нефтехимического синтеза создана опытно-промышленная установка получения бензина из природного газа, в которой синтез-газ получается в химическом реакторе на базе ракетных технологий.

Итак, можно надеяться, что уже в самое ближайшее время будут созданы конкурентоспособные процессы производства моторных топлив и нефтехимикатов из природного газа - сырья, альтернативного нефти. Очень важно, что эти методы можно применять и для переработки синтез-газа, получаемого из угля, древесных остатков и других источников углерода.

Ведь для прямого синтеза ДМЭ можно взять синтез-газ почти любого состава - даже соотношение Н₂/СО 1:1 оказывается вполне приемлемым (для синтеза метанола должно быть выше двух). Поэтому намеченный нами путь переработки: углеродсодержащее сырье --> синтез-газ --> ДМЭ --> бензин, в перспективе может претендовать на роль основного пути получения моторных топлив из альтернативного сырья.

Список источников

[1] Принципы технологии основного органического синтеза и нефтехимического синтеза: учебное пособие для вузов/В. С. Тимофеев, Л. А. Серафимов, изд. «Высшая школа», 2003

Размещено на Allbest.ru