Сутегі мен көмірқышқыл газы құмырсқа қышқылына оңай айналады және керісінше. Метан және оның туындыларын алу әдісі Көмірқышқыл газының сутегімен әрекеттесу шарттары

, жарылғыш газдар , парниктік эффект

Бұл жарылғыш газды көбінесе «батпақ газы» деп атайды. Оның ерекше иісін бәрі біледі, бірақ іс жүзінде бұл оны тану үшін қосылатын «газдың иісі бар» арнайы қоспалар. Жанған кезде ол іс жүзінде зиянды өнімдерді қалдырмайды. Басқа нәрселермен қатар, бұл газ белгілі парниктік әсерді қалыптастыруға белсенді қатысады.

Әдетте тірі организмдермен байланысты газ. Марс пен Титанның атмосферасында метан табылған кезде ғалымдар бұл планеталарда тіршілік бар деп үміттенген. Қызыл планетада метан көп емес, бірақ Титан онымен «толтырылған». Егер Титан үшін болмаса, Марс үшін метанның биологиялық көздері геологиялық сияқты ықтимал. Алып планеталарда - Юпитерде, Сатурнда, Уранда және Нептунда метан өте көп, онда ол протокүндік тұмандық затын химиялық өңдеудің өнімі ретінде пайда болды. Жерде бұл сирек кездеседі: біздің планетамыздың атмосферасындағы оның мөлшері көлемі бойынша миллиардқа 1750 бөлікті құрайды (ppbv).

Метанның шығу көздері және өндірісі

Метан – ең қарапайым көмірсутек, түссіз, иіссіз газ. Оның химиялық формуласы CH 4. Суда аз ериді, ауадан жеңіл. Күнделікті өмірде, өнеркәсіпте қолданғанда, әдетте метанға белгілі бір «газ иісі» бар иіс заттар қосылады. Негізгі құрамдас табиғи (77-99%), ілеспе мұнай (31-90%), шахталық және батпақты газдар (осыдан метанның басқа атаулары - батпақты немесе шахталық газ).

90-95% метан бар биологиялық шығу тегі. Сиырлар мен ешкілер сияқты шөпқоректі тұяқтылар асқазанындағы бактериялар шығаратын жылдық метан шығарындыларының бестен бір бөлігін шығарады. Басқа маңызды көздер - термиттер, күріш күріштері, батпақтар, табиғи газды сүзу (өткен өмірдің өнімі) және өсімдіктердің фотосинтезі. Жанартаулар Жердегі метанның жалпы балансына 0,2% -дан аз үлес қосады, бірақ өткен дәуірдегі организмдер де бұл газдың көзі болуы мүмкін. Өнеркәсіптік метан шығарындылары шамалы. Осылайша, Жер сияқты планетада метанның табылуы онда тіршілік барын көрсетеді.

Метан мұнай мен мұнай өнімдерін термиялық өңдеу (көлемі бойынша 10-57%), көмірді кокстеу және гидрлеу (24-34%) кезінде түзіледі. Лабораториялық алу әдістері: натрий ацетатын сілтімен біріктіру, судың метилмагний йодидіне немесе алюминий карбидіне әсері.

Лабораторияда сода әкті (натрий және калий гидроксидтерінің қоспасы) немесе сусыз натрий гидроксидін сірке қышқылымен қыздыру арқылы дайындалады. Бұл реакция үшін судың болмауы маңызды, сондықтан натрий гидроксиді пайдаланылады, өйткені ол аз гигроскопиялық.

Метанның қасиеттері

Жарылғыш жану 500-700 жылдамдықпен таралады Ханым;жабық көлемдегі жарылыс кезіндегі газ қысымы 1 МН/м 2 .Жылу көзімен жанасқаннан кейін метанның тұтануы біршама кідіріспен жүреді. Бұл қасиет қауіпсіздікті құруға негізделген жарылғыш заттаржәне жарылыстан қорғалған электр жабдықтары. Метанның болуына байланысты қауіпті учаскелерде (негізінен көмір шахталары) деп аталатындар. газ режимі.

150–200 °C және 30–90 атм қысымда метан тотығады. құмырсқа қышқылы.

Метан табиғатта кең таралған инклюзиялық қосылыстар – газ гидраттарын түзеді.

Метанды қолдану

Метан – термиялық тұрғыдан ең тұрақты қаныққан көмірсутек. ретінде кеңінен қолданылады тұрмыстық және өнеркәсіптік отынжәне қалай өнеркәсіп шикізаты. Сонымен, метанды хлорлау арқылы метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, төрт хлорлы көміртек алынады.

Метанның толық жанбауы нәтижесінде пайда болады күйе, каталитикалық тотығу кезінде - формальдегид, күкіртпен әрекеттескенде - көміртегі дисульфиді.

Термиялық-тотықтырғыш крекингЖәне электрокрекингметан – алудың маңызды өнеркәсіптік әдістері ацетилен.

Өнеркәсіптік өндірістің негізінде метан мен аммиак қоспасының каталитикалық тотығуы жатыр циан қышқылы.ретінде метан қолданылады сутегінің көзіаммиак өндірісінде, сондай-ақ су газын өндіру үшін (синтездік газ деп аталады): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2, көмірсутектерді, спирттерді, альдегидтерді және т.б. өнеркәсіптік синтезде қолданылады. Метанның маңызды туындысы болып табылады нитрометан.

Автокөлік отыны

Метан автомобильдерге мотор отыны ретінде кеңінен қолданылады. Алайда табиғи метанның тығыздығы бензиннің тығыздығынан мың есе төмен. Сондықтан, егер сіз автокөлікті метанмен толтырсаңыз атмосфералық қысым, содан кейін бензинмен бірдей мөлшердегі отын үшін сізге 1000 есе үлкен резервуар қажет болады. Жанармаймен үлкен тіркемені тасымалдамау үшін газдың тығыздығын арттыру қажет. Бұған метанды 20-25 МПа (200-250 атмосфера) дейін қысу арқылы қол жеткізуге болады. Газды осы күйде сақтау үшін автомобильдерге орнатылған арнайы баллондар қолданылады.

Метан және парниктік эффект

Метан - бұл парниктік газ. Әсер ету дәрежесі болса Көмір қышқыл газышартты түрде бірлік ретінде алынған климат бойынша метанның парниктік белсенділігі 23 бірлікті құрайды. Атмосферадағы метанның мөлшері соңғы екі ғасырда өте жылдам өсті.

Қазіргі атмосферадағы CH 4 метанының орташа мөлшері 1,8 промилле/мин ( миллионға бөлік, миллионға бөлік). Және бұл оның құрамындағы көмірқышқыл газының (СО 2) мөлшерінен 200 есе аз болса да, бір газ молекуласына шаққанда, метанның парниктік әсері, яғни оның Жерден қызған жылуды таратуға және ұстауға қосқан үлесі. күн - CO 2 қарағанда айтарлықтай жоғары. Сонымен қатар, метан Жердің радиациясын басқа парниктік газдар үшін мөлдір спектрдің «терезелерінде» сіңіреді. Парниктік газдарсыз – СО 2 , су буы, метан және кейбір басқа қоспалар болмаса, Жер бетіндегі орташа температура небәрі -23°С болар еді, ал қазір ол шамамен +15°С.

Метан мұхит түбіндегі жарықтар арқылы өтеді жер қыртысы, тау-кен өндіру кезінде және ормандарды жағу кезінде айтарлықтай мөлшерде бөлінеді. Жақында метанның жаңа, мүлдем күтпеген көзі ашылды - жоғары сатыдағы өсімдіктер, бірақ қалыптасу механизмдері мен бұл процестің өсімдіктердің өздері үшін маңызы әлі ашылған жоқ.

Жердегі метан

Санта-Барбара маңында метан, белсенді парниктік газ мұхит түбінен көпіршіктер түрінде үлкен көлемде шығарылады.

Метан әсіресе тау-кен жұмыстары кезінде қауіпті.

Бензиннің орнына метан? Оңай

Марс атмосферасында метан табылған кезде ғалымдар планетада тіршілік іздерін табуға үміттенді.

Әзірге әлемде ағаштан метан өндіретін пайдалануға берілген зауыттар санаулы ғана іске асырылған жобалар бар. Алғашқы нәтижелер бұл бағытта елеулі серпіліске үміттенуге мүмкіндік береді.

«Биомассадан алынған метан» мақаласының формулалары, қараңыз

Метан CH 4 - түссіз және иіссіз газ, ол ауадан екі есе дерлік жеңіл. Табиғатта өсімдік және жануар организмдерінің қалдықтарының ауа жетпей ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Сондықтан ол, мысалы, батпақты су қоймаларында және көмір шахталарында бар. Метан табиғи газда айтарлықтай мөлшерде кездеседі, ол қазіргі уақытта күнделікті өмірде және өнеркәсіпте отын ретінде кеңінен қолданылады.

Бүгінгі таңда жаңартылатын энергия көздерінің ең жылдам дамып келе жатқан технологияларының бірі - анаэробты ферменттелген биометан өндіру, содан кейін оны тұтынушыларға табиғи газды жеткізетін желілерге беру. Осы технологияны қолдану арқылы биометан өндірудің жоғары шығындарына қарамастан (1 кВт/сағ үшін 8-10 еуро цент), оны өндіруге арналған қондырғылар саны үнемі өсіп келеді. 2009 жылы Германияда қолданыстағы табиғи газ құбырларын газбен қамтамасыз ететін 23 классикалық (көңді отынмен) биогаз қондырғылары жұмыс істеп тұрды, тағы 36-сы салынуда немесе жоспарлануда. Бұл көрсеткіштің өсуінің себебі 2004 жылы Германияда қабылданған, 2009 жылы түзетілген және газ сатушыларға өз тұтынушыларына жаңартылатын көздерден алынған газды ұсынуға және өндіруге мемлекеттік субсидиялар алуға мүмкіндік беретін «Жаңартылатын энергия туралы» заң (Erneuerbare Energien Gesetz - EEG) болып табылады. жаңартылатын энергия көздерінен алынатын электр энергиясы (ЖЭК).

Ағаштан табиғи газ өндіретін әлемдегі алғашқы зауыт
Австрияның Гюссинг қаласы. Алдыңғы қатарда метан өндіру қондырғысы тұр

Классикалық және қазіргі кезде кеңінен қолданылатын схема бойынша биометан өсімдік субстраттары (мысалы, жүгері), шошқа кешендерінің шламынан, ірі қара мал көңінен, тауық көңінен және т.б. биомассадан мұндай метанды оның анаэробты ыдырауы (ферментация) арқылы алуға болады. . Анаэробты ас қорыту кезінде органикалық заттар(табиғи қалдықтар) оттегі болмаған жағдайда ыдырайды. Бұл процесс екі кезеңді қамтитын үш кезеңде жүреді әртүрлі топтарбактериялар. Бірінші кезеңде күрделі органикалық қосылыстар(май қышқылдары, белоктар, көмірсулар) ферментативті гидролиз нәтижесінде қарапайым қосылыстарға айналады. Екінші сатыда қарапайым қосылыстарға анаэробты (немесе қышқыл түзетін) бактериялар тобы әсер етеді, нәтижесінде негізінен ұшпа май қышқылдары түзіледі. Үшінші кезеңде органикалық қышқылдар қатаң анаэробты (немесе метан түзетін) бактериялардың әсерінен көмірқышқыл газы мен метанға айналады. Осы кезеңнен кейін метанмен (биогаз) байытылған газ алынады, оның жылу мөлшері 5340-6230 ккал/м 3 құрайды.

Ағаш сияқты қатты биомассадан жасалған Эрсатгаз көңнен, көңнен алынған биогазға қарағанда айтарлықтай артықшылығы бар: мұндай газды өндірумен айналысатындардың иелігінде, ағаш кесу, ағаш кесу және ағаш өңдеу қалдықтарының әсерлі көлемдері. Сонымен қатар, еуропалық нарықта ағаш өңдеу зауыттары мен ағаш өңдеу қалдықтарының бағасы биогаз өндіру үшін пайдаланылатын ауылшаруашылық өнімдерінің бағасымен салыстырғанда әлдеқайда аз өзгереді. Ауыл шаруашылығы өнімдерін (астық, жүгері, рапс және т.б.) биогаз өндіруге пайдалану түптеп келгенде азық-түлік нарығындағы бағаның қымбаттауына әкелетінін ұмытпауымыз керек. Сонымен қатар, химиялық реакцияның қалдық жылуы классикалық биогаз қондырғыларындағы ашыту реакцияларының қалдық жылуына қарағанда жоғары температураға ие. Бұдан шығатыны, ағашты метанизациялау процестері кезінде бөлінетін жылу энергиясын аймақтық жылумен жабдықтауда тиімдірек пайдалануға болады. Сондай-ақ, классикалық биогаз қондырғыларынан айырмашылығы, ағаштан метан өндіретін қондырғыларды пайдалану кезінде жағымсыз иістердің болмауы маңызды. Сонымен қатар, бұл қондырғылар классикалық қондырғыларға қарағанда әлдеқайда аз орын алады және қалалық агломераттардың ішінде орналасуы мүмкін.

Технологиялар

Ауылшаруашылық субстраттарынан биометан алу үшін бүгінгі күні кеңінен қолданылатын ашыту (анаэробты ашыту) әдісінің нәтижесі негізінен метан мен көмірқышқыл газынан тұратын биометан болып табылады. Содан кейін биометан СО 2 бөлу арқылы табиғи газдың сапасына дейін арнайы дайындықтан және тазартудан өтуі керек. Ашыту кезіндегі жылуды жоғалту бүкіл технологиялық тізбектің тиімділік дәрежесін шектейді. Тиімділігі 50-60% құрайды.

Көмір немесе биомасса (ағаш) сияқты көміртегі бар қатты отыннан синтетикалық табиғи газды (Substitute Natural Gas - SNG) өндіруде процестің бірінші сатысында термиялық газдандырудан кейін синтетикалық газ деп аталатын газ алынады, одан барлық қоспалардан тазартылғаннан кейін (негізінен көмірқышқыл газы мен күкірт пен хлор қосылыстарынан) метан синтезделеді. Бұл экзотермиялық процесс 300-ден 450 °C-қа дейінгі температурада және 1-5 бар қысымда қолайлы катализатордың қатысуымен жүреді. Бұл жағдайда келесі реакциялар жүреді:

Формулаларды қараңыз

Анаэробты ашытудан айырмашылығы, термиялық биомассаны газдандыру жоғары тиімділікке қол жеткізеді, өйткені SNG өндірісінің қалдық жылуы әрқашан орнында пайдаланылуы мүмкін.

Негізінде, синтездік газдан, сондай-ақ сутегі (Н 2) және көміртегі тотығы (СО) газ қоспаларынан метан алу өте ескі технология болып табылады. Француз химигі Поль Сабатье өзінің атымен аталатын метан алу әдісін ойлап тапты: Сабатье реакциясы немесе Сабатье процесі (фр. Sabatier-Reaktion). 1912 жылы ол осы үшін алды Нобель сыйлығыхимия саласында. Бұл процесс метан алу үшін никель катализаторының қатысуымен жоғары температура мен қысымда сутегінің көмірқышқыл газымен әрекеттесуі. Алюминий тотығы бар рутенийді тиімдірек катализатор ретінде пайдалануға болады.

Процесс келесі химиялық реакциямен сипатталады:

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O.

Екі реакция да жоғары экзотермиялық болғандықтан, реакторларды салқындату немесе рециркуляциялау үшін арнайы шараларсыз, 600 °C дейін қыздырса, катализатор жойылады. Сонымен қатар, жоғары температурада H 2 және CO термодинамикалық тепе-теңдігі ығысады, сондықтан жеткілікті жоғары метан шығымы тек 300 ° C-тан төмен температурада ғана мүмкін болады.

Газдандыру технологиясы сонау 1800 жылдары қалаларды жарықтандыруға қажетті синтетикалық газды өндіру үшін жасалды, сонымен қатар тұрмыстық және өндірістік мақсатта (металлургия, бу машиналары және т.б.) жылу тасымалдағыш ретінде қолданылады. Көмір де, өсімдік биомассасы да, оны өңдеу өнімдері де (көмір) газдандыруға ұшырады.

Синтетикалық өндіру үшін көмірді газдандырудың негізгі процесін қолданыңыз химиялық заттаржәне отын 1920 жылдары Кайзер Вильгельм институтында Мюльхайм-на-Рур қаласында (Германия) көмірді зерттеуде басталды. Осы институтта Франц Фишер мен Ганс Тропш Германияда көмірден сұйық отын алу үшін синтездік газ (сингаз) алу әдісін ойлап тапты. Фишер-Тропш процесі немесе Фишер-Тропш синтезі (FTS) болып табылады химиялық реакция, катализатор (темір, кобальт) қатысында ағып, онда көміртек оксиді (СО) мен сутегі (Н 2) қоспасы, яғни синтез газы әртүрлі сұйық көмірсутектерге айналады. Алынған көмірсутектер мақсатты өнім – синтетикалық мұнай алу үшін тазартылады. Көмірқышқыл газы және көміртегі тотығы көмір және/немесе ағаш отынының ішінара тотығуы кезінде түзіледі.

Фишер-Тропш процесі келесі химиялық теңдеумен сипатталады:

CO + 2H 2 → --CH 2 -- + H 2 O
2CO + H 2 → --CH 2 -- + CO 2.

Көмірді немесе қатты көміртекті қалдықтарды газдандырудан кейін алынған сингазды Фишер-Тропш процесі арқылы одан әрі түрлендірусіз тікелей отын ретінде пайдалануға болады. Осылайша, газ отынынан сұйық отынға көшу өте оңай. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Германияда Фишер-Тропш синтезі синтетикалық дизель отынын (жылына шамамен 600 мың тонна) өндіретін сегіз зауытта қолданылды. Жоба толығымен мемлекет тарапынан қаржыландырылды. Германияда Екінші дүниежүзілік соғыс аяқталғаннан кейін бұл зауыттардың барлығы жабылып, ішінара технологиямен бірге Америка Құрама Штаттарына өтемақы ретінде шығарылды және сол жерден олар бүкіл әлемге тарады. Бұл ретте Оңтүстік Африка Республикасында South African Synthetic Oil Ltd. (SASOL) неміс технологиясын қолдана отырып, синтетикалық отын шығара бастады және бүгінгі күні өзінің Оңтүстік Африкадағы төрт зауытында және Катардағы бір зауытында жылына сұйық көмірсутектердің 200 мың баррельден астам мұнай эквивалентінде өндіріледі. Оңтүстік Африка ұзақ уақыт бойы SFT процесін дамытқан әлемдегі жалғыз ел болды. Бірақ 1973 жылғы дағдарыстан кейін көптеген елдердің (әсіресе АҚШ пен Германияның) әлемдік мұнай және энергетикалық компаниялары синтетикалық сұйық отын өндіруге де, табиғи синтез газын өндіруге де қызығушылық таныта бастады.

Табиғи синтез газын өндіру бойынша бірқатар жобалар әзірленді, бірақ олардың біреуі ғана өнеркәсіптік ауқымда сәтті жүзеге асырылды. 1984 жылы Америка Құрама Штаттарында Great Plains Synfuels Plant (Dakotagas Company) қоңыр көмірді метандау зауыты іске қосылды, ол бүгінгі күнге дейін табиғи газ тасымалданатын желіге берілетін синтетикалық табиғи газды шығарады. Зауыттың тәуліктік өнімділігі 3,9 млн м 3 SNG құрайды.

Тәжірибені еске түсіру орынды Кеңес одағы, мұнда 1920-шы жылдардың аяғынан 1950-ші жылдарға дейін газ генераторлары газ тәрізді мотор отынын өндіру үшін ағаш (отын және көмір) мен шымтезек пайдаланып жұмыс істеді. 1929 жылы КСРО-да шымтезекпен жұмыс істейтін алғашқы ірі газ өндіретін станция салынды, ал одан кейінгі жылдары ірі кәсіпорындарда басқа да бірқатар осындай станциялар салынды. Ағаш газын өндіру негізінен көлік отынына пайдаланылды. Батыс Сібірді игеру басталғаннан кейін және әлемдегі ең ірі көгілдір отын кен орындары ашылғаннан кейін КСРО-да газ өндіру, өкінішке орай, ұмытылды.

Ағаштан метан алу

Газдандыру кезінде биомассамен химиялық формула CH n O m алдымен сутегі мен көміртек оксидінен тұратын синтез газына айналады. Стехиометриядан жалпы теңдеуқосынды формуласы бар биомассаның метанадану реакциялары

CH 1,23 O 0,38 + 0,5025 H 2 O → 0,55875 CH 4 + 0,44125 C 2 O

бұдан метан-реакторға су немесе су буы беріліп, одан көмірқышқыл газы шығарылуы керек деген қорытынды шығады. Мұнда бірнеше нұсқалар бар: не СО 2, өнеркәсіптік синтездегідей, синтез газынан тікелей метан реакторынан шығарылады, немесе биогазды дайындау кезіндегідей (ферментация), метандау процесінен кейін тазартылмаған синтетикалық табиғи газдан алынады. . Бірінші әдістің басқалардан артықшылығы - қазірдің өзінде тазартылған газ метанизация цикліне түседі. Екінші әдістің артықшылығы – метан-реактор су буының артық мөлшерімен жұмыс істей алады, бұл көміртегінің түзілуін айтарлықтай азайтады.

Бұл бағыттар бойынша жұмыстар Поль Шеррер институтында (Швейцария) жүргізілуде, ол, атап айтқанда, ЕО BioSNG жобасы аясында жаңа технологияларды (каталитикалық белсенді құйынды қабаттарда) қолдану арқылы биомассадан метан алу бағдарламасын жазуға қатысқан. . Бұл технология Австрияның Гуссинг қаласындағы жылу электр орталығында тәжірибеге енгізілді. 2009 жылы пайдалануға берілген метан синтезі зауытының қуаттылығы 1 МВт, ағаш жоңқаларымен жұмыс істейді. Қазіргі уақытта Швецияның Гетеборг қаласында 30 МВт ағаш метан жобасы талқылануда. Осындай жұмыстар Германияда (Штутгарт, ZSW), Нидерландыда (Энергияны зерттеу орталығы, ECN) және Жылу техникасы институтында жүргізілуде. Техникалық университетГрацта (Австрия) Agnion компаниясымен бірлесіп Pfaffenhofen an der Ilm (Германия).

Биомассадан метан синтезінің тиімділігі

Метанды алу кезінде процестің әрбір фазасында, кез келген синтез процесіндегі сияқты, жоғалтулар сөзсіз. Экзотермиялық реакциялар болған кезде жылу жойылады, оның энергиясы синтездің дайын өнімінде синтез процесі кезінде химиялық байланысқан энергиядан артық бола алмайды. Метанация үшін бұл пайдаланылған биомасса энергиясының шамамен 60% ғана дайын өнімде - SNG сақталады дегенді білдіреді.

Бірақ жойылған жылу жоғары температураға ие болғандықтан - 200-ден 400 ° C-қа дейін, оны сайтта пайдалануға болады. Осы себепті шағын метан синтез зауыттары әсіресе тиімді болып табылады, өйткені қалдық жылуды пайдалану мәселесін 100% шешуге болады, мысалы, жеке үйлерді, фермаларды жылытуға, кептіру кешендерінде және т.б. пайдалануға болады. газдандыру процестері мен метанизацияның қалдық жылуы ғана емес, сонымен қатар су буының 50% дейін құрамында тазартылмаған сингаздардағы су буының конденсациясының жылуы. Осындай толық жылуды пайдалану және алынған СНГ газ желісі мен газ қоймасына өткізу кезінде жалпы тиімділік 95%-ға жуықтады. Мұндай жобалардың қайтарымы бірнеше жыл ғана.

Табиғи газды әрқашан қатты биомасса отындарына қарағанда әлдеқайда жоғары тиімділікпен пайдалануға болатындығына байланысты, қатты биоотынды тікелей жағудан гөрі ағаштан алынған метанды пайдалану орынды. Себебі: газ немесе бу турбиналық электр станциясында электр энергиясын өндіру үшін табиғи газды пайдаланған кезде электр энергиясының 60% -ға дейін алынады, ал биомассадан қатты отынды жағу кезінде электр энергиясының шығымы 2009 жылдан астам жобаларды жүзеге асыру өте қиын. 30%. Сондай-ақ, 1 МВт/сағ дейін орталықтандырылмаған электр энергиясын өндіру кезінде синтез газын пайдаланатын когенерациялық газ электр станциялары органикалық циклдік процесті (ORC - процесс) және қатты биоотын жағуды пайдаланатын ЖЭС-ке қарағанда тиімдірек.

Мұндай жылу электр станцияларының жұмысы жұмыс сұйықтығының термодинамикалық айналым процесінің (ORC – органикалық ранкин циклі) циклдер тізбегіне негізделген. молекулалық салмақ(термиялық мұнай, органикалық буландырғыш заттар). Айналым сорғы жұмыс сұйықтығын жоғары температуралы органикалық салқындатқыштың жылу алмастырғышына айдайды, онда ол буланады. Сұйық булар турбинаны басқарады, содан кейін олар келесі жылу алмастырғышқа түседі, онда олар сумен немесе ауамен салқындатылып, конденсацияланады. Конденсат айналым сорғысының коллекторына түседі және термодинамикалық цикл (ORC) қайталанады. Салқындату сұйықтығы да, салқындатқыш сұйықтық турбинамен немесе жұмыс сұйықтығымен тікелей байланыста болмайды. ORC процесі арқылы жылу электр станциялары жоғары қуатқа, жұмыс сенімділігіне және үнемділікке қол жеткізеді.

Тіпті биометанды пайдаланып бір ғана жылу энергиясын өндіру әдеттегі жылу өндіру әдістерімен бәсекеге қабілетті. Ағашты метанизациялау процесінің қалдық жылуы жергілікті түрде пайдаланылса (орталықтандырылмаған) және өндірілген газ табиғи газды сақтау қоймасына жіберілсе, жалпы пайдалану коэффициенті 93% құрайды, мысалы, ағаш жоңқалары немесе түйіршіктер пайдаланатын жылу электр станциялары. қол жеткізе алмайды (зауыттың тиімділігі төмен және қосымша жылу желілерінде жоғалтулар бар).

Табиғи газбен бірдей сападағы дайындалған синтез газымен қатар, ірі газбен жұмыс істейтін жылу электр станциялары табиғи газбен бірге жану үшін «шикі» синтез газын да пайдалана алады, бұл өндірілетін энергияның өзіндік құнын айтарлықтай төмендетеді.

Биомасса газы немесе қазбалы табиғи газ?

Синтетикалық табиғи газ (SNG) - табиғи газ сияқты сипаттамалары бар тазартылған синтетикалық газ.

Агнионның есептеулері бойынша 1 МВт-қа дейінгі зауыттарда ағаш жоңқаларынан СНГ өндіру құны 8-10 евроцент/кВтсағ құрайды.

Биометанды өндіру шығындары қазбалы табиғи газды өндіру және тасымалдау шығындарымен салыстырылады. Алайда әзірге мұндай өндіріс бәсекеге қабілетсіз. Барлығы мұнайдың әлемдік бағасына байланысты болады. Егер шикі мұнайдың бағасы, мысалы, барреліне $100 болса, Германияда өнеркәсіптік тұтынушылар үшін табиғи газдың бағасы 5-6 евроцент/кВт/сағ. Жеке үй шаруашылықтары үшін баға жоғарырақ болады – 8-10 еуро цент/кВт/сағ. Мұнайдың бірнеше рет болжанған бағасы барреліне 200 доллардан асатын болса, табиғи газ тіпті өнеркәсіптік тұтынушылар үшін де үнемі 10 цент/кВт/сағ қымбатқа түседі. Бұл жағдайда биомассадан SNG өндіру ЖЭК туралы заңға сәйкес субсидияларсыз да экономикалық тұрғыдан тиімді болуы мүмкін. Ал Украинада қазіргі бағамен синтездік газ табиғи газдың жарты бағасына алынады. Олар үгінді, сабан, шымтезек және көмір қоспасын газдандыру арқылы синтез газын алудың жеке жобасын әзірлеуде. Оның құрамы: 25-30% дейін метан, 30-35% көміртегі тотығы, ал қалған 6% - азот және көмірқышқыл газы.

Қазіргі уақытта дүниежүзінің энергетикалық қажеттілігі шамамен 11-12 миллиард тонна стандартты отын (с.с.) құрайды және мұнай мен газдың есебінен 58-60% қанағаттандырылады. Жыл сайын жаңартылатын өсімдік биомассасының ресурстары өндірілетін мұнай көлемінен энергетикалық тұрғыдан 25 есе жоғары. Қазіргі уақытта өртенген өсімдік биомассасы тұтынылатын энергия ресурстарының шамамен 10% құрайды (шамамен 1 млрд тонна отын эквиваленті), болашақта биомассаны оны өңдеу өнімдері (сұйық, қатты) түрінде пайдалану айтарлықтай кеңейеді. отын және т.б.) және бірінші кезекте жинақталатын және ыдырайтын, қоршаған ортаны ластайтын қалдықтар күтіледі.

Мұнай мен табиғи газға сұраныс артады, сонымен қатар өсімдік биомассасының энергияны пайдалануда (оның тікелей жануынан басқа) жақсартулар болады. Әрине, биоэнергетика үшін осы тамаша болашақта жоғарыда аталған технологиялар мүлдем басқа, өнеркәсіптік деңгейде сұранысқа ие болады. Қалай болғанда да, мен оған сенгім келеді.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
EKO Holz-und Pellethandel GmbH,
Дюссельдорф, Германия

Көмірқышқыл газынан метан алу – зертханалық жағдайларды қажет ететін процесс. Мәселен, 2009 жылы Пенсильвания университетінде (АҚШ) TiO 2 (титан диоксиді) және құрамында азот қоспасы бар нанотүтіктер арқылы су мен көмірқышқыл газынан метан өндірілді. Метанды алу үшін зерттеушілер суды (бу күйінде) және көмірқышқыл газын ішкі жағында нанотүтіктері бар қақпақпен жабылған металл контейнерлердің ішіне орналастырды.

Метанды алу процесі келесідей - Күн сәулесінің әсерінен түтіктердің ішінде бөлшектер пайда болды, олар электр заряды. Мұндай бөлшектер су молекулаларын сутегі иондарына (Н, кейін олар сутегі молекулаларына Н 2 біріктіреді) және гидроксил радикалдарына (-ОН бөлшектері) бөлді. Одан әрі метан алу процесінде көмірқышқыл газы көміртегі тотығы (СО) және оттегі (O 2) болып бөлінді. Соңында көміртегі тотығы сутекпен әрекеттесіп, су мен метан түзеді.

Кері реакция – көмірқышқыл газының түзілуі метанның бумен деформациялануы нәтижесінде – 700-1100°С температурада және 0,3-2,5 МПа қысымда жүреді.

Токио университетінің өнеркәсіптік ғылым институтының жетекшілері, Ұлттық институтғылым және озық технологиялар (Ұлттық Жетілдірілген өнеркәсіптік ғылым және технологиялар институты, AIST), Hitachi Zosen Corp, JGC Corp және EX Research Institute Ltd 2016 жылдың 18 қарашасында «CCR (көміртекті ұстау және қайта пайдалану) зерттеуі» атты жаңа бірлескен зерттеу тобын ұйымдастыру туралы шешім қабылдады. Топ». Бұл топ таза жаңартылатын көздерден алынған энергияны пайдалана отырып, электролиз арқылы өндірілген атмосфералық көмірқышқыл газын және сутегін пайдалана отырып, метан сияқты сұйық және газ тәрізді отын шығара алатын ауқымды технологияларды әзірлейді.

Бұл топ бірінші кезекте жаңартылатын көздерден алынған энергияны пайдалану тиімділігін арттыруға, атмосферадан көмірқышқыл газын алу және оны одан әрі пайдалану технологияларының тиімділігін арттыруға, сондай-ақ судан сутегін алудың жаңа, неғұрлым заманауи әдістерін дамытуға бағытталған зерттеулерге бағытталатын болады. электролиз.

Болашақ технологиялар қазіргі заманғы технологиялық деңгейде жүзеге асырылатын белгілі физикалық процестер мен химиялық өзгерістерге негізделеді. Кез келген қазба отын түрі жанған кезде атмосфераға шығарылатын көмірқышқыл газы сутегімен әрекеттеседі. Бұл сутегі электролиз арқылы алынады және бұл үшін қажетті энергия тек экологиялық таза көздерден, негізінен күн және жел электр станцияларынан алынады.

Бұл технология тек сұйық және қазбалы отынның таза көзі ретінде қарастырылып қана қоймайды. Бұл технологияның тағы бір функциясы күн және жел электр станцияларынан ең аз тұтыну сағаттарында алынған артық энергияны отын түрінде сақтау болады.

CCR тобы жаңартылатын таза энергияның барлық қолданыстағы түрлерімен айналысады. Сонымен қатар, жаңа тиімді әдістерсутегін өндіру, көмірқышқыл газын шығару және оны отынға айналдыру.

Барлық зерттелген және әзірленген технологиялар бойынша жұмыс екі позициядан жүзеге асырылады. Бірінші позиция шағын өлшемді, мүмкін болатын қуаттылығы өте үлкен емес жылжымалы қондырғыларды құру болады, олар жеке шағын топтың метан газымен (орталықтандырылмаған үлгі) қажеттіліктерін қамтамасыз ете алады. Ал екінші бағыт – жеткілікті жоғары қуаттылыққа ие және елдің жалпы энергетикалық желісіне (орталықтандырылған үлгі) кіретін ауқымды өндіріс жүйелерін дамыту болады.

Құмырсқа қышқылы, формуласы HCOOH, ең қарапайым монокарбон қышқылы болып табылады. Оның атауынан белгілі болғандай, қызыл құмырсқаларға тән секрециялар оның ашылуының көзі болды. Қарастырылып отырған қышқыл шаққан құмырсқалар бөлетін улы заттың бір бөлігі. Сондай-ақ оның құрамында жібек құртының шаншу құрттарынан пайда болатын жанғыш сұйықтық бар.

Алғаш рет құмырсқа қышқылының ерітіндісі атақты ағылшын ғалымы Джон Рэйдің тәжірибелері кезінде алынды. XVII ғасырдың аяғында ол ыдыста су мен қызыл ағаш құмырсқаларды араластырды. Содан кейін ыдыс қайнағанша қыздырылып, одан ыстық бу ағыны өтті. Эксперимент нәтижесін алу болды сулы ерітінді, оның ерекшелігі күшті қышқылдық реакция болды.

XVIII ғасырдың ортасында Андреас Сигизмунд Маргграф таза құмырсқа қышқылын алуға қол жеткізді. Неміс химигі Юстус Либиг алған сусыз қышқыл бір мезгілде ең қарапайым және ең күшті карбон қышқылы болып саналады. Қазіргі номенклатура бойынша ол метан қышқылы деп аталады және өте қауіпті қосылыс болып табылады.

Бүгінгі күні ұсынылған қышқылды алу бірнеше тәсілдермен, соның ішінде бірқатар дәйекті кезеңдерден тұрады. Бірақ сутегі мен көмірқышқыл газының құмырсқа қышқылына айналуы және бастапқы күйіне оралуы дәлелденді. Бұл теорияның дамуын неміс ғалымдары жүргізді. Тақырыптың өзектілігі көмірқышқыл газының түсуін азайту болды атмосфералық ауа. Бұл нәтижеге оны органикалық заттардың синтезі үшін көміртегінің негізгі көзі ретінде белсенді пайдалану арқылы қол жеткізуге болады.

Неміс мамандары әзірлеген инновациялық техника құмырсқа қышқылын түзе отырып, каталитикалық гидрлеуді жүзеге асыруды көздейді. Оған сәйкес көмірқышқыл газы негізгі материалға да, бөлуге арналған еріткішке де айналады соңғы өнім, өйткені реакция аса критикалық СО2-де жүзеге асырылады. Осы кешенді тәсілдің арқасында метан қышқылын бір сатылы өндіру шындыққа айналады.

Метан қышқылының түзілуімен көмірқышқыл газын гидрлеу процесі қазіргі уақытта белсенді зерттеу объектілерінің бірі болып табылады. Ғалымдардың алға қойған негізгі мақсаты – қазбалы отынды жағу нәтижесінде пайда болатын қалдықтардан химиялық қосылыстар алу. Құмырсқа қышқылының әртүрлі салаларда кең таралуынан басқа, оның сутегін сақтауға қатысуын атап өту керек. Күн батареяларымен жабдықталған көліктерге отынның рөлін каталитикалық реакциялар арқылы сутегін алуға болатын осы қышқыл ойнауы мүмкін.

Біртекті катализ арқылы көмірқышқыл газынан метан қышқылының түзілуі 1970 жылдардан бастап мамандардың зерттеу нысаны болды. Негізгі қиындық тепе-теңдік реакциясы сатысында байқалатын бастапқы заттарға қарай тепе-теңдіктің ығысуы болып табылады. Мәселені шешу үшін реакциялық қоспаның құрамынан құмырсқа қышқылын алып тастау қажет. Бірақ қазіргі уақытта бұл метан қышқылын тұзға немесе басқа қосылысқа айналдырған жағдайда ғана қол жеткізуге болады. Демек, таза қышқылды тек қосымша кезең болған жағдайда ғана алуға болады, ол осы заттың жойылуынан тұрады, бұл құмырсқа қышқылының түзілу процесін үздіксіз ұйымдастыруға қол жеткізуге мүмкіндік бермейді.

Дегенмен, Вальтер Лейтнер тобының ғалымдары әзірлейтін бірегей тұжырымдама барған сайын танымал болып келеді. Олар көмірқышқыл газын гидрогенизациялау кезеңдерін біріктіру және оларды бір аппарат ішінде жүзеге асыру арқылы өнімді оқшаулау таза метан қышқылын алу процесін үзіліссіз жасауға мүмкіндік береді деп болжайды. Ғалымдар максималды тиімділікке қалай қол жеткізді? Оның себебі екі фазалы жүйені қолдану болды, оның жылжымалы фазасы аса критикалық көмірқышқыл газымен, ал стационарлы фаза иондық сұйықтық, сұйық тұзбен бейнеленеді. Айта кету керек, иондық сұйықтық қышқылды тұрақтандыру үшін катализаторды да, негізді де еріту үшін қолданылған. Көмірқышқыл газының қысымы мен температурасы критикалық көрсеткіштерден асатын жағдайларда ағыны реакциялық қоспаның құрамынан метан қышқылын кетіруге ықпал етеді. Асқын критикалық көмірқышқыл газының болуы иондық сұйықтықтардың, катализатордың, негіздің еруіне әкелмеуі маңызды, нәтижесінде алынған заттың максималды тазалығын қамтамасыз етеді.