--Анализ технологического пути ароматических углеводородов (часть 2)

Thread Content

--Анализ технологических путей производства ароматических углеводородов (часть 2) Автор/источник: Дата: 2016-08-26 Количество кликов: 8 Чтобы восполнить дефицит на рынке ароматических углеводородов, промышленность обратила свое внимание не только на использование нефти, но и угля; кроме того, рассматривается также возможность использования биомассы. В технологической дорожной карте ключевых сфер, указанной в программе «Китай 2025», прямо говорится о необходимости добиться значительных успехов в области синтеза биосодержащих ароматических углеводородов. На Конференции по развитию промышленной цепочки ароматических углеводородов в Китае, которая завершилась в середине августа 2016 года, участники-эксперты высоко оценили перспективы использования биомассы для производства ароматических углеводородов. Но если говорить о будущем, их отношение можно описать одной фразой: путь труден и долог, но если идти, то рано или поздно доберёмся. Внутри страны: новые технологии только начинают проявлять себя. Ежегодно в нашей стране образуется огромное количество бытовых отходов и соломы; это позволяет производить 170 миллионов тонн бензина, дизельного топлива и ароматических углеводородов в год. ”Профессор Ван Хуалин из Восточно-Китайского университета науки и технологий описал перспективы биологического синтеза ароматических углеводородов. Эти его цифры не являются вымыслом; они основаны на новом способе получения ароматических углеводородов из биомассы, который представляет собой технологический путь, сочетающий процессы переработки нефти с химико-биотехнологическими методами. В частности, в рамках этого подхода используется отходящая солома и минерализованные бытовые отходы для совместного производства бензина, дизельного топлива и ароматических углеводородов. Так называемые минерализованные бытовые отходы — это отходы, которые после многолетнего нахождения под землей превратились в твердую массу. По словам Ван Хуалина, из 6 тонн соломы можно получить 1 тонну бензина и дизельного топлива, а также ароматических углеводородов. В нашей стране ежегодно производится более 700 миллионов тонн соломы, что соответствует запасам в размере более 100 миллионов тонн бензина, дизельного топлива и ароматических углеводородов. В то же время ежегодно в нашей стране образуется около 300 миллионов тонн городских отходов, среди которых примерно 70 миллионов тонн составляют бензин, дизельное топливо и ароматические углеводороды. Крайне удачно, что расположение городских отходов в нашей стране хорошо совпадает с местоположением нефтеперерабатывающих заводов, что делает возможным применение технологического подхода, предусматривающего совместную переработку нефти и производство химикатов с использованием биотехнологий. “Концепция процесса синтеза бензина, дизельного топлива и ароматических углеводородов путем гидролиза соломы включает следующее: солома и бытовые отходы подвергаются молекулярной обработке с последующей целенаправленной трансформацией; лигнин при этом преобразуется путем гидродегидрирования в сырье для производства ароматических углеводородов, а целлюлоза и полицеллюлоза — путем гидродегидрирования в сырье для производства бензина и дизельного топлива. ”Сказал Ван Хуалин. Исследователи, следуя этой идее, создали два устройства: одно из них предназначено для разложения соломы с последующим водородным преобразованием с целью получения сырья для производства бензина, дизельного топлива и ароматических углеводородов. В настоящее время уже построено пилотное устройство для быстрого разложения с производительностью 3 тонны в час; это устройство по своей сути подобно каталитическим реакторам, используемым в нефтеперерабатывающей и химической промышленности ； Другой — это пилотная установка для гидродеоксидации с использованием котла с кипящим слоем мощностью 1 л/ч и последующей гидрорafинации с использованием фиксированного слоя, построенная предприятием в провинции Хэнань. Результаты пилотных испытаний показали, что состав масла, получаемого в результате разложения биомассы (древесного дегтя), включает алканы, ароматические углеводороды, алкины и фенол. После гидрирования качество этого масла улучшается: в его составе становится 46,44% ароматических углеводородов, 35,09% алканов и 8,56% фенола. Далее, путем смешивания можно получить ароматические углеводороды, а путем гидрокракинга – бензин и дизельное топливо. По словам специалистов отрасли, в целом исследования и разработки технологий производства ароматических углеводородов из биомассы в стране все еще находятся на начальной стадии. Зарубежье: индустриализация уже в процессе. По сравнению с отечественным рынком, за рубежом больше компаний, участвующих в исследованиях и разработках, а также в процессе индустриализации; эти исследования начинаются ещё раньше. По информации журналистов, некоторые технологии получения ароматических углеводородов из биомассы, разработанные зарубежными компаниями, уже находятся на этапе коммерческого производства в небольших масштабах. Достижения Университета Массачусетса в США в области разработки одноэтапного процесса производства ароматических соединений из целлюлозной биомассы привлекли большое внимание в промышленных кругах. Они разработали технологию преобразования биомассы в ароматические углеводороды и основали компанию Anellotech для внедрения её в промышленное производство. Эта технология основана на процессе каталитического быстрого термического разложения: в реакторе с плавающим слоем биомасса быстро нагревается до температуры, при которой образуются оксиды. Затем с помощью специального катализатора на основе цеолита эти соединения преобразуются в ароматические углеводороды химического качества. По сравнению с традиционными процессами производства ароматических углеводородов на основе нефти, эта технология имеет более низкую стоимость. В январе этого года компания Anellotech внедрила эту технологию в промышленное производство. По их оценкам, когда цена нефти превышает 60 долларов за баррель, эта технология обладает конкурентным преимуществом с точки зрения затрат. В отрасли общепринято считать, что среди существующих способов получения биоароматических веществ процесс получения ароматиков путем термолиза биомассы компании Anellotech является наиболее экономичным и целесообразным с точки зрения затрат. Технология BioForming, разработанная американской компанией Virent совместно с Университетом Висконсина в Мадисоне, обладает значительными инвестиционными преимуществами, поскольку её можно внедрить путем модификации существующих нефтеперерабатывающих установок. В этом процессе в качестве сырья используется сахар; при этом сочетаются гидролиз растительных волокон с традиционными методами каталитического водородирования. Благодаря этому можно получить смесь ароматических углеводородов, содержащих бензол, толуол и диметилбензол, а затем её можно дальше перерабатывать в п-диметилбензол. Преимущество этого процесса заключается в том, что путем сочетания технологии жидкостной ректификации (APR) с традиционными методами каталитического гидрорегенерации и конденсации, реакторы можно модифицировать на основе существующих нефтеперерабатывающих установок; стоимость производства одного галлона продукта составляет всего 1,75–3 доллара ； Побочные олефины могут служить как побочным продуктом, так и для обеспечения энергией установок, при этом экономическая эффективность процесса высока. В отличие от прямой конверсии биомассы в ароматические углеводороды, в последние годы некоторые производители выбирают другой путь: сначала они используют разработанные технологии для преобразования биомассы в органические химикаты с более низкой добавленной стоимостью, а затем преобразуют эти биопродукты в ароматические углеводороды с более высокой добавленной стоимостью. Среди них наиболее представительным является процесс GIFT, разработанный американской компанией Gevo для производства спиртов путем ферментации из возобновляемых исходных материалов. В процессе GIFT сначала биомасса преобразуется в изобутиловый спирт, а затем путем дегидрогенации получается изобутилен; при этом коэффициент преобразования изобутилового спирта превышает 99% ； Полученный изобутилен в полимеризационном реакторе превращается в C8-алкены ； Олефин C8 превращается в продукт PX путем дегидроциклизации; селективность получения PX превышает 75%, а чистота — 99%. Компания Gevo совместно с японской компанией Toray Industries построила промышленное оборудование. Главное преимущество этого процесса заключается в возможности прямого производства PX высокой чистоты в мягких условиях, без необходимости использования сложных технологий, таких как изомеризация и разделение ароматических углеводородов; процесс производства относительно прост. Узкие места: сырье, катализаторы, реакторы. В ходе интервью с экспертами стало ясно, что, несмотря на многообещающие перспективы и значительный прогресс в разработке способов получения ароматических углеводородов из биомассы как в стране, так и за рубежом, подавляющее большинство из этих методов все еще находится на этапе разработки. Даже если в некоторых случаях уже достигнуто небольшое масштабное промышленное производство, по показателям экономии за счет масштабов оно все еще значительно уступает традиционным нефтяным методам, к тому же существует множество потенциальных проблем, которые необходимо срочно решить. Во-первых, стабильное снабжение сырьем биологического происхождения всегда было сложной проблемой в развитии биохимической промышленности, и это касается также биоароматических веществ. Масса сырья из биомассы велика и разрознена, а его состав сложен. Для расширения масштабов производства ароматических углеводородов с использованием биологических методов необходимо обеспечить достаточное и стабильное снабжение сырьем. На текущем уровне сельскохозяйственного производства в нашей стране решение этой проблемы требует совместных усилий различных сторон с целью поиска разумной и жизнеспособной модели. Во-вторых, для многих процессов производства ароматических углеводородов из биомассы сложностями являются также катализаторы и реакторы, используемые в процессах термического разложения и гидролиза. На встрече некоторые представители сказали журналистам, что, хотя они также заинтересованы в производстве ароматических углеводородов из биомассы, коэффициент преобразования и чистота получаемой продукции при существующих технологиях слишком низки, поэтому трудно конкурировать с методами, основанными на нефти. Чтобы повысить эти два показателя, необходимо добиться прогресса в разработке соответствующих катализаторов и реакторов. Однако некоторые эксперты считают, что сочетание биохимической промышленности с традиционной нефтехимической и химической производственной деятельностью, как это делается в Университете науки и технологий Восточного Китая, также является неплохой попыткой. Заслуживает внимания использование существующих установок для пиролиза с биомассой в качестве сырья для частичной замены ископаемого топлива при производстве ароматических углеводородов.