В Корее пытаются получить бензин и нафта из углекислого газа на фоне кризиса с поставками нефти – при температуре 270–330 °C и давлении 10–30 бар

Корреспондент Гу Бон Хёк

- Совместное полевое испытание Корейского научно-исследовательского института химических технологии, GS Construction и Hanwha Total Energies

- На данный момент объем производства составляет 50 кг в день; планируется разработка промышленного процесса с производительностью 100 000 тонн в год

Исследовательская группа во главе с доктором Ким Чжон Ран (второй слева в верхнем ряду) из Корейского научно-исследовательского института химических технологии, проводившая данное исследование [Предоставлено Корейским научно-исследовательским институтом химических технологии]

Корейские ученые разработали технологию, позволяющую преобразовывать углекислый газ, который является серьезной проблемой, в жидкие углеводороды, такие как бензин и нафта. Также им удалось провести успешное пилотное производство в объеме 50 кг в сутки.

Команда во главе с доктором Ким Чжон Рана из Корейского научно-исследовательского института химических технологии совместно с GS Construction и Hanwha Total Energies разработала технологию катализатора и технологический процесс, позволяющие получать жидкие углеводороды путем прямого взаимодействия водорода и углекислого газа без промежуточных стадий.

Команда под руководством доктора Кима ранее завершила передачу технологии GS Construction и Hanwha Total Energies в 2022 году по результатам исследований на пилотной миниустановке с производительностью 5 кг в сутки. Совместная исследовательская группа смогла построить первую в стране пилотную установку по прямому гидрированию углекислого газа, способную производить 50 кг жидких углеводородов в сутки в конце 2025 года, а в дальнейшем они приступят к проектированию промышленного процесса, способного производить более 100 000 тонн в год.

Пилотная миниустановка производительностью 5 кг в сутки [Предоставлено Корейским научно-исследовательским институтом химических технологии]

Пилотная установка производительностью 50 кг в сутки [Предоставлено Корейским научно-исследовательским институтом химических технологии]

В связи с недавней блокадой Ормузского пролива на Ближнем Востоке, которая привела к затруднениям с поставками нефти и нафты, технологии по переработке углекислого газа, выбрасываемого электростанциями и заводами, привлекают все большее внимание. Это связано с тем, что углекислый газ может заменить нефть, используемую для производства бензина для автомобилей и нафты, которая служит сырьем для производства пластмасс.

Существующие методы преобразования представляли собой двухэтапную технологию косвенного преобразования, при которой углекислый газ сначала превращался в оксид углерода, а затем — в жидкие углеводороды. Обратная конверсия водяного газа, при которой из углекислого газа отделяется один атом кислорода для получения оксида углерода, требует высокой температуры — более 800 °C. В то же время реакция Фишера-Тропша, при которой угарный газ и водород вступают в реакцию с образованием углеводородов, требует относительно низкой температуры и высокого давления, что приводило к высокой сложности оборудования.

Исследовательская группа решила эту проблему с помощью катализатора, при котором реакция протекает в рамках одного технологического процесса. Это технология прямого преобразования позволяет получать жидкие углеводороды путем непосредственной реакции углекислого газа и водорода без использования традиционной обратной конверсии водяного газа, требующей высокую температуру.

Катализатор для гидрирования CO2 (слева) и жидкие углеводороды, полученные из CO2 [Предоставлено Корейским институтом химии]

Жидкие углеводороды, произведенные на пилотной установке и разлитые в 20-литровые емкости [Предоставлено Корейским научно-исследовательским институтом химических технологии]

Сравнение процесса косвенного преобразования CO₂ (слева) с прямым (справа)

Аннотация. Цеолитные катализаторы играют ключевую роль в определении распределения углеводородных продуктов при преобразовании CO2 в топливо посредством каскадного процесса, состоящего из (i) синтеза Фишера–Тропша CO2 в легкие олефины в первом реакторе и (ii) последующей олигомеризации этих олефинов во втором реакторе.

В данной работе мы систематически исследовали взаимосвязь между физико-химическими свойствами и каталитическими характеристиками Zn/HZSM-5 путем изменения параметров синтеза, таких как метод получения и температура сушки. Температура сушки после импрегнации методом начальной влажности (IWI) определяла дисперсию и химическое состояние форм цинка; низкая температура способствовала образованию ионов Zn2+ как в микропорах, так и на внешней поверхности, тогда как высокая температура приводила к образованию частиц ZnO на внешней поверхности. Постепенное увеличение содержания Zn приводило к снижению соотношения Брёнстед-кислотных/Льюисовых кислотных центров, что свидетельствует о взаимодействии соединений Zn с Брёнстед-кислотными центрами в каркасе цеолита. Эти изменения кислотности ограничивают образование ароматических углеводородов и тяжелых углеводородов. 3Zn/HZSM-5, полученный методом IWI с низкотемпературной сушкой, продемонстрировал наивысшую селективность по углеводородам C5–C12 (97 %) в жидких продуктах. Данное исследование показывает, что контроль параметров синтеза для металлических катализаторов на носителе представляет собой эффективную стратегию оптимизации каталитической активности и долговечности при преобразовании CO2 в топливо.

Эта технология работает при относительно мягких условиях: температуре около 300 °C (270–330 °C) и давлении 20 бар (10–30 бар). В настоящее время выход синтеза, при котором диоксид углерода превращается в жидкие углеводороды, такие как бензин, составляет около 50% благодаря применению многоступенчатой реакции и циклического процесса, в котором нереагированные продукты повторно подвергаются реакции; суточный объем производства составляет 50 кг, что соответствует примерно трем 20-литровым емкостям (канистрам).

Данный результат имеет большое значение с точки зрения обеспечения технологий для коммерческого применения. Благодаря улучшению производства катализатора и условий эксплуатации была повышена стабильность; по сравнению с существующими методами можно сократить потребление энергии, а упрощение процесса способствует снижению производственных затрат.

Исследовательская группа планирует накопить длинновременные данные испытаний посредством эксплуатации и оптимизации пилотной установки, а на их основе провести проектирование коммерческого процесса производительностью более 100 000 тонн в год, анализ экономической эффективности и оценку эффекта сокращения выбросов парниковых газов. В случае успешной коммерциализации ожидается, что создание системы альтернативного сырья позволит снизить зависимость от импорта нефти и укрепить энергетическую безопасность страны.

«После анализа данных о долгосрочной эксплуатации и экономической эффективности полномасштабная коммерциализация станет возможной в начале 2030-х годов» - сказал доктор Ким Чжон Ран.

Результаты данного исследования опубликованы в мартовском номере международного научного журнала в области химических технологий «ACS Sustainable Chemistry & Engineering».

nbgkoo@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #медицина #бизнес #финансы #нефтехимия #нефтепродукты #экология #химия #общество #культура #искусство #бензин #нафта #энергетика #углекислыйгаз #азия