Альтернативные моторные топлива: экологически перспективны, экономически конкурентны

90% вредных канцерогенных выбросов, содержащихся в атмосфере крупных городов Украины, обеспечивает автотранспорт. Значительно снизить их и одновременно обеспечить рынок нефтепродуктов новым видом моторных топлив возможно - за счет начала производства конкурентного альтернативного топлива из угля и газа.

Обеспечение моторным топливом является одной из проблемных задач, стоящих перед нашей страной. Сложность ее решения обусловлена следующими факторами:

- возрастающими требованиями к качеству топлив;

- состоянием нефтеперерабатывающих заводов в Украине;

- ограниченностью объемов собственной добычи нефти.

Но решить эту проблему возможно не только за счет импорта нефтепродуктов, но и наладив собственное производство альтернативных и экологически чистых топлив.

Евростандарты

Кабинет министров Украины постановлением от 1 августа 2013 г. №927 утвердил "Технический Регламент о требованиях к автомобильным бензинам, дизельному, судовым и котельным топливам". Указанный регламент разработан с учетом директив Евросоюза. Его целью является переход на европейские стандарты моторных топлив как весомый фактор защиты здоровья людей и охраны окружающей среды от вредных выбросов.

Газообразные выбросы, образующиеся при эксплуатации транспортных средств, имеют значительный удельный вес в структуре источников загрязнения атмосферы. Например, их доля в общем объеме таких выбросов в США, Великобритании и ФРГ составляет 50–60%. К числу наиболее опасных выбросов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) относятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обладающие сильным канцерогенно-мутагенным воздействием на организм человека. Установлено, что около 90% ПАУ, содержащихся в атмосфере крупных городов Украины, приходится на ДВС транспортных средств. Другим крупным загрязнителем атмосферы являются оксиды серы.

Техническим регламентом предусмотрено продление действия стандарта качества автомобильных бензинов и дизельного топлива, соответствующего требованию Евро-3, до конца 2015 г. Этим же постановлением Кабмин утвердил конечный срок ввода в обращение топлива стандарта Евро-4 - до 31 декабря 2017 г., а Евро-5 - на неограниченный срок. Таким образом, основные показатели автомобильных бензинов, представленные в табл. 1, уже в этом году должны быть скорректированы. Хотя практика имплементации требований указанного регламента далеко не оптимистична. Прежде всего, по техническим причинам.

Евростандарты на бензины предусматривают снижение содержания ароматических соединений до 35% и соединений серы - до 10 мг/кг. Жесткие требования предъявляются к содержанию бензола: 5% - уже начиная с Евро-2 и далее - не более 1%. Бензол обладает высокой токсичностью и официально причислен МАИР (Международным агентством по изучению рака) к группе канцерогенов. В табл. 2 представлены основные экологические критерии евростандартов дизельных топлив.

Евростандарт моторных топлив обеспечивает только Кременчугский НПЗ

Октановые числа бензинов на НПЗ формировались в основном за счет ароматических соединений и изопарафинов, получаемых преимущественно в процессах каталитического крекинга и каталитического риформинга. Снижение содержания ароматических соединений в бензинах современных НПЗ до установленных евростандартов достигается их гидрированием или выделением экстракцией, а также разбавлением изопарафинами. Последние, обладая высокими детонационными характеристиками, имеют ряд преимуществ перед ароматическими соединениями. Их применение способствует улучшению пусковых свойств двигателей, снижению нагарообразования, они менее токсичны, характеризуются высокой полнотой сгорания.

Для получения изопарафинов на нефте- и газоперерабатывающих заводах сооружают установки изомеризации парафинов с целью придания им разветвленной структуры. Другим источником получения изопарафинов являются установки алкилирования компонентов бутан-бутиленовой фракции каталитического крекинга.

Из применяемых в промышленности методов очистки нефтепродуктов от сернистых соединений наиболее эффективной является каталитическая гидроочистка.

На нефтеперерабатывающих предприятиях Украины, кроме Кременчугского НПЗ, основным процессом получения автомобильных бензинов является каталитический риформинг прямогонных бензиновых фракций. Бензины риформинга содержат 60–70% ароматических углеводородов (до 7% бензола) и по своим показателям не могут быть отнесены даже к Евро-2.

Единственным предприятием, где производят моторные топлива, соответствующие евростандартам, является Кременчугский НПЗ. Этому способствует наличие на заводе наряду с установками каталитического риформинга установок гидроочистки, каталитического крекинга, производства высокооктановой добавки (метил-трет-бутилового эфира) и установки фракционирования для выделения бензолсодержащей фракции.

В настоящее время на этом предприятии производят автомобильный бензин, соответствующий стандарту Евро-5, и дизельное топливо Евро-4. Возможности производства моторных топлив, соответствующих европейским стандартам, на остальных предприятиях Украины сдерживаются устаревшей технологической базой, модернизация которой требует значительных капиталовложений и сроков реализации.

Сырьевая база для производства моторных топлив в Украине

Нефть. Прогнозные показатели годовой добычи нефти в Украине, по данным Обновленной энергетической стратегии, составляют 2,8 млн т в 2015 г., 2,4 млн - на период до 2025 г. и 3,6 млн т - в 2030 г. Вместе с тем потребление бензина в Украине только в 2010-м составило 4,6 млн т, дизельного топлива - 5,3 млн т. Для производства такого количества светлых нефтепродуктов необходимо поставить, например, на Кременчугский НПЗ около 15 млн т нефти.

Учитывая сложности с отечественным производством моторных топлив из нефтяного сырья, оценим возможности их получения из других сырьевых источников - природного газа и угля.

Природный газ и уголь. Украина обладает значительными ресурсами природного газа, их прогнозные запасы составляют 5,5 млрд т условного топлива (около 6,4 трлн кубометров). Реальность этих запасов подтверждалась высокими (до 70 млрд кубометров в год) показателями добычи природного газа в 70-е годы прошлого столетия и показателями эксплуатации ряда действующих скважин. Значительными резервами природного газа обладают малодебитные месторождения - до 80 млрд кубометров. На сегодняшний день достоверные запасы бурого угля в Украине составляют 2 млрд т, из которых более 1 млрд можно добывать безопасным и дешевым открытым способом.

Моторные топлива из угля

Наиболее известным их производителем была нацистская Германия 1933–1945 гг. Топлива производились преимущественно методом Бергиуса - каталитической гидрогенизацией угля под давлением 250–300 атм. и при температурах 400–600°С. Другими источниками их получения были процессы коксования угля и синтез оксида углерода и водорода по Фишеру-Тропшу. По методу Бергиуса производили 78,5% от общего объема моторных топлив из угля, коксованием - 12,3, синтезом - 9,1%.

Из освоенных в Германии процессов сохранился интерес только к синтезу по Фишеру-Тропшу. Продуктами процесса являются дизельное топливо и смазочные материалы. Этот синтез нашел применение в ЮАР, где с 1983 г. эксплуатировались три завода компании Sasol суммарной производительностью 4,5 млн т в год по моторным топливам. Создание указанных комплексов было вынужденным и связано с действием эмбарго на поставки нефти для этой страны.

В настоящее время интерес к синтезу Фишера-Тропша на угольном сырье проявляют в Китае. Компания Sasol и корпорация "Шэньхуа" планируют начать в 2016 г. совместное производство топлива из угля.

В Украине Институтом газа НАН Украины и институтом "Гипрококс" (Харьков) ведется подготовка к выполнению международного проекта "Водородная энергетика" с зарубежными инвестициями. Его целью является производство моторного топлива из углей украинских месторождений на основе его парокислородной газификации.

Моторные топлива из природного газа

В 90-е годы было сооружено несколько установок синтеза по Фишеру-Тропшу на природном газе. Сейчас функционирует крупный комплекс в Катаре, где ежесуточно перерабатывается 45 млн кубометров природного газа в дизельное топливо, керосин (авиационное топливо), смазочные материалы.

Получение высококачественного синтетического бензина основывается на последовательном получении синтез-газа (СО и H₂), прямом каталитическом синтезе диметилового эфира (ДМЭ) и производстве бензина. В основу создания этой технологии положены разработки фирм Mobil и Haldor Topsњe. Ведутся работы в России (Институтом нефтехимического синтеза РАН). Важной особенностью технологии является возможность ее реализации на небольших мобильных установках применительно к малодебитным месторождениям.

В Украине в Институте газа накоплен значительный опыт промышленной реализации процесса кислородной конверсии природного газа с получением газообразных продуктов, содержащих СО и H₂. В ГНИПИ "Химтехнология" (г. Северодонецк) проводились исследования по прямому синтезу ДМЭ из синтез-газа, была разработана демонстрационная установка получения ДМЭ.

Синтетические моторные топлива являются новой конкурентной альтернативой топливам, получаемым традиционной переработкой нефти. Они соответствуют действующим стандартам качества, что позволяет использовать их в существующей топливной инфраструктуре. В Украине есть сырьевая и научная база, способная обеспечить производство конкурентного альтернативного топлива. Только нет решимости и необходимого решения…