Смутные дни (8)

Аватар пользователя Already Yet

Переходя с анализу скучных цифр и многоцветных графиков, посвящённых перерабтки "твёрдого в жидкое" нам стоит понимать, что так или иначе, нам, как и проектировщикам и строителям будущих заводов по производству синтетического жидкого топлива, надо ответить, по сути дела, на три простых, но при этом - очень комплексных вопроса:

1. Откуда брать в достаточных количествах сырьё для производства жидкого топлива?
2. Как обеспечить максимально эффективную переработку этого сырья в жидкое топливо?
3. Как обеспечить максимально возможное качество полученного жидкого топлива?

Эта триада "из чего?- как?- во что?" незримо присутствует во всех проектах переработки и синтеза жидких топлив. Выбор сырья определяет требования к технологии и одновременно задаёт возможности по получению тех или иных конечных продуктов. С другой стороны, желание получить максимально удобные для использования жидкие топлива сразу задаёт доступные технологии и сужает список возможных вариантов начального сырья.
Количество возможных источников сырья достаточно велико - это биомасса, торф, каменный и коксующийся уголь, сланцы всех видов, бурый уголь и сапропель. Поэтому для начала стоит исключить то, что нам не подходит по объективным причинам возможных технологий переработки.



Технологии получения жидкого топлива из твёрдого сырья принципиально делятся на два больших семейства - биологические методы и химические методы.

Биологические методы подразумевают использование для ферментации твёрдого сырья различных видов бактерий. Бактерии очень охотно перерабатывают только "живую" биомассу, но с переходом на минеральные топлива их "энтузиазм" по ферментации твёрдых топлив падает очень быстро. Бактерии ещё могут в какой-то мере перерабатывать торф (однако, при переработке такого твёрдого сырья уже гораздо более эффективны бактерии-анаэробы, которые любят производить биогаз - смесь метана и углекислоты, нежели потребные людям этанол и бутанол,), но уже для переработки лигнита, а тем более - коксующегося или каменного угля, их усилия бесполезны.

Химические методы, в отличии от биологических, не имеют таких ограничений и могут работать практически с любым видом твёрдого топлива. Но у них, как и у биологических методов, есть свои ограничения. Если бактерии можно сравнить со стрелками-снайперами, которые выискивают для нас в конгломерате твёрдого топлива нужные молекулы и превращают их во что-то полезное, то химические методы - это, в чистом виде - установка залпового огня "Град" со стрельбой по площадям. И, если бактерии без проблем работают с конгломератами биомассы, чуть ли не на 90% состоящими из воды, то химические методы в своей применимости обычно ограничены так называемым условием поддержания автогенного горения.

Проблема химических методов в том, что основная масса их начинает действовать при температурах выше 100° С. Поэтому, для того, чтобы они работали, твёрдое топливо должно нагреться, а нагреться оно может обычно только в процессе горения. Кроме того, до момента испарения основной массы воды, содержащейся в топливе, температура его не поднимется сильно выше тех же 100° С - кто жарил "бифштекс с кровью" - поймёт меня сразу.

Поэтому для пригодности твёрдого топлива для целей химического синтеза обычно используют так называемый "треугольник твёрдых топлив", предложенный в начале ХХ века шведским учёным Таннером:


Треугольник Таннера.

В результате  многочисленных опытов было установлено, что топливо, имееющее более 60% зольности, более 50% влаги и менее 30% горючей части не способно самостоятельно поддерживать горение. Соответсвенно, если мы хотим запихнуть в процесс химического синтеза такое замечательное топливо, где-то за пределами реактора надо сжечь топливо нормальное. А зачем тогда платить дважды? Давайте сразу синтезировать жидкости из нормального топлива, которое может хотя бы гореть само по себе!

Применяя треугольник Таннера к анализу твёрдых топлив мы сразу видим малую перспективность таких источников сырья, как горючие сланцы или сапропели. Их высокая зольность (до 70%) начисто закрывает нам использование химических методов, а высокая степень разложения их органического вещества не позволяет использовать методы биологические.
Лимитированным представляется и использование для производства жидкого топлива торфа. Торф из залежи обычно добывается при влажности до 90%, после хорошего жаркого лета (а оно отнюдь не всегда бывает на широтах торфяных болот) в буртах фрезерный, добытый торф уже подсушивается до 50%. Нет солнца - нет торфа. И лишь потом можно надеяться использовать торф в нормальных химических или биологических методах синтеза.

Поэтому, собственно говоря, кандидатов, как мы сказали в прошлой части, всего два - биомасса (BTL) и уголь (CTL). Для процессов BTL используются, в основном, биологические методы, но применяются и химические. Для процессов CTL используют только химические методы.

Оценка ресурсной базы для каждого из этих кандидатов, в случае, если мы хотим лишь провести грубую прикидку "сверху" достаточно проста и тривиальна.

Начнём с угля (процесс CTL).

Уголь, как и нефть, распределён по миру очень неравномерно. Всего 9 стран владеют 90% от мировых резервов угля.

Вот эта "великолепная девятка":
США -        27,1%
Россия -      17,3%
Китай -        12,6%
Индия -       10,2%
Австралия - 8,6%
ЮАР -          5,4%
Украина -     3,8%
Казахстан -  3,4%
Польша -     1,5%

Всего же уголь найден более, чем в 70 странах, а добывается в 50 из них.

Уголь, как и нефть, тоже подчиняется кривой Хабберта для исчерпаемых, конечных запасов. Если историческим маркером и модельной страной для нефти были США, то для угля это была Великобритания:


Великобритания прошла "пик угля" ещё в 1914 году. Добыча угля в Великобритании в то время составила безумные по нынешним меркам 292 млн. тонн угля в год, из которых "Империя-над-которой-не-заходило-солнце"

98 млн. тонн ещё и умудрялась экспортировать за рубеж. Именно на английском "отборном кардиффском" ставил свои рекорд скорости русский крейсер "Аскольд".

В ХХ веке ещё две страны прошли пик угля - это была Германия (1940) и Япония (1939). Можно, безусловно, говорить, что спад в добыче угля в этих странах был обусловлен иными объективными причинами, нежели исчерпание запасов - например, переходом на более удобную нефть, но, пожалуй, сейчас уже никакими усилиями в Великобритании не возродить производство и 200 млн. тонн угля в год - остаточные запасы этой страны сейчас оцениваются совокупно всего лишь в 1,5 млрд. тонн, то есть, при темпе производства в 200 млн. тонн, их хватит Соединённому Королевству всего-навсего на семь с половиной лет.

Сейчас всего лишь 6 стран осуществляют 79% мировой добычи угля. Их список похож на список стран-держателей запасов, но определённые передвижки тут всё же имеются (добыча в миллионах тонн, процент от общемировой добычи):

Китай         - 2 380 (38,4%)
США           - 1 054 (17,1%)
Индия        - 447 (7,2%)
Австралия  - 374 (6,0%)
Россия       - 309 (4,9%)
ЮАР          - 257 (4,7%).

По сути дела, сейчас вся существующая добыча угля в этих странах идёт на производство электроэнергии и отопление, в значительных количествах лишь компания Sasol в ЮАР, на одном из современных заводов по процессу Фишера-Тропша переводит часть добытого угля в синтетические жидкие топлива. В 2006 году Sasol потребил 58 млн. тонн угля из 257 млн. тонн, добытых в ЮАР (что составило 22% от добытого).
Не весь этот уголь пошёл исключительно на синтез жидких моторных топлив (Sasol по факту очень многопрофильная компания и часть продуктов синтеза используется в "пересекающихся" химических процессах), но, по независимым оценкам и собственной информации компании Sasol, текущее состояние их технологии позволяет им выпускать около 54,75 млн. баррелей синтетических жидких топлив в год, затрачивая на это около 41 млн. тонн. угля в год.

Учитывая, что почти все эти топлива представляют из себя достаточно качественный бензин с удельным весом около 750 кг/м3, то общее производство Sasol можно оценить, как 6,53 млн. тонн синтетического топлива в год. С учётом потраченного на производство этого топлива угля мы выходим на коэффициент перевода угля в синтетические топлива в районе 6,2-6,3 тонны угля на тонну синтетического бензина - или 1,3-1,35 барреля синтетического топлива из одной тонны угля, если считать этот коэффициент в обратную сторону. Как видим, со времён Фишера и Тропша в деле производства бензина из угля ровным счётом ничего не поменялось.

Теперь можно принципиально оценить, сколько бензина из угля может получить современные США, разверни они завтра масштабную программу строительства заводов по технологии CTL.

Вот прогноз по возможному росту добычи угля в США:


Добыча угля в США, прогноз.

Как видно из приведенных графиков, пик добычи угля в США в обеих сценариях приходится на 2035-2040 год.
В сценарии интенсивной добычи Америка может надеяться добывать около 1 600 млн. тонн угля в год, в случае более спокойного сценария уровень добычи может составить около 1 500 млн. тонн в год. Таким образом, в случае развития своей собственной угольной отрасли по максимуму, США могут ожидать получить дополнительно максимально около 550 млн. тонн угля в год.
Если весь этот дополнительно добываемый уголь пустить исключительно на производство жидких моторных топлив, то США могут ожидать производство синтетического бензина из этого источника в объёме около 715 млн. баррелей в год. Что соответствует дневному производству синтетических бензинов в объёме около 1,95 Мбд. Для этого в США необходимо построить 13 таких перерабатывающих комплексов, как существующий завод Sasol в Южной Африке. Больше заводов строить смысла нет - всё равно добывать уголь быстрее не получится ни при каких раскладах.

Строительство только самого завода CTL (без учёта шахт, разрезов и прочей инфраструктуры) производительностью в 80 000 баррелей в день в Индии, который будут строить по южно-африканским технологиям, по планам обойдётся в сумму около 10 млрд. долларов:

http://www.greenworldinvestor.com/2010/06/02/is-the-coal-to-liquid-ctl-tata-sasol-10-billion-plant-an-appropriate-use-of-indias-resources/

Поэтому, можно прикинуть, что программа CTL, рассчитаная на искомые 1,95 млн. баррелей в день, вполне может затянуть на сумму в 245 миллиардов долларов, если в США можно будет построить заводы с индийскими издержками, с индийской оплатой труда строителей и индийскими же требованиями по охране окружающей среды.

И да, результатом такой масштабной программы будет то, что технология CTL сможет покрыть около 10% потребности современных США в жидких моторных топливах. Вот такие пирожки с котятами, господа.

Вы не удивлены тем, что пока в США заводы никто не строит? 

http://crustgroup.livejournal.com/16185.html

Комментарии

Аватар пользователя monk
monk(12 лет 1 месяц)

245 млрд / 2 млн баррелей в день = ~ 1250$/ баррель в день. Окупается за две недели, если не считать цену топлива.

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)

А уголь у нас в виде дождей прямо на территорию завода выпадет? ;)

На таких производствах расходы на сырьё и энергию - это 80-90% от всех расходов. Если Вы помните, я писал в прошлой части, что в Германии во всей нефтехимии трудилось аж 95 000 человек - мизер, на самом деле.

Аватар пользователя mr_telecom
mr_telecom(12 лет 2 месяца)

>Синтетического бензина из этого источника в объёме около 715 млн. баррелей в год.

Это уже готовый бензин, а из нефти его можно получить на 30-40% меньше. В прямую не совсем корректно сравнивать цифры ?

>Технология CTL сможет покрыть около 10% потребности современных США в жидких моторных топливах

тут поболе 10 % тогда будет ?

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)

Я приводил данные о современной нефтепереработке в США. Там около 92% глубина переработки, то есть в бензин перегоняют чуть ли не всю нефть, поэтому там нет никаких "30-40% потерь". Даже в России сейчас глубина переработки нефти уже до 75% добралась тихой сапой. У нас потери на процесс почти такие же, как в США, но в России мазут пока с НПЗ гонят, не скупясь.

Поэтому, если хотите, увеличьте процент на будущие продукты CTL до 12-15% от потребности США в бензинах - возможно, и это реально дожать - тогда сильно Америке полегчает? Я и так уже все цифры в оценках "вверх" вытягивал. Но пока у США нет ни строящихся промышленных заводов по CTL, ни какого-либо роста в добыче угля. Даже программы по CTL - и той нет. В Индии - есть, в Китае - есть, а в США - зачем? ;)

Аватар пользователя mr_telecom
mr_telecom(12 лет 2 месяца)

>Там около 92% глубина переработки

И всё в чистый бензин ? С трудом верится, есть где посмотреть ?

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)

В бензин и в соляр. Вычитается мазут и всё, что тяжелее.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%83%D0%B1%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8_%D0%BD%D0%B5%D1%84%D1%82%D0%B8

Аватар пользователя Сержант в Запасе

Мазут то гонят...Тока на угольные ТЭЦ в Республике Коми уже лет 7-8 не поступает мазут марки М-40...Тока М-100. Так как Ухтинский НПЗ (Лукойл) перестал производить М-40. Только М-100...То есть по факту глубина переработки увеличилась.

Комментарий администрации:  
*** Отключен (назойливый и обильный инфомусор) ***
Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)
Глубина переработки в России уверенно растет. Сейчас еще отстаем по мазуту, а вот по потерям уже вполне на уровне лучших мировых предприятий. На Украине, для сравнения, и 60% за счастье. Безвременно погибший Херсонский НПЗ вообще имел глубину переработки в 40% - технологии 1930-х годов. Жуткий хардкор.
Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Вопрос возник небольшой - качество угля влияет на выход горючего. Этот нюанс в графиках учтен?

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)

Я взял средний расход по Sasol'у. Если же посмотреть на графики, то в целом у США вовлекаются в отработку всё более и более низкокачественные угли - суббитуминозные и лигниты в западной классификации. Так что, можно ожидать и расходного коэффициента в 8-10 тонн угля на тонну "синтетики", а не 6 тонн, как посчитано у меня.

Вот график теплотворности добываемых в США углей. Монотонно падает:

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Насколько я помню EROEI угля был где-то в районе 10:1. При таком графике они падают к 6:1. А если ещё попытаться выжать из него немного нефти, то вообще до критических 4:1.

Смысл подобных операций с т.з. энергетики стремится к нулю.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Все это только ради мобильности.

Останутся только армия и с/х машины.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Можно ездить и на паровиках. В СССР после войны проводили очень большие эксперименты по использованию паровых двигателей в грузовиках. Результаты были вполне успешными. Так что если приспичит, то можно и без нефти обойтись. Правда зольность угля убивает эту идею для легковушек.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

В городе здравствуй трамвай/троллейбус. МеЖгород ж/д и водный транспорт. Все кроме водного на электричестве ибо на станции уголь жечь сподручней. Ну а суда на угле/дровах в зависимости от размера :)

Личный авто это по большей части прихоть, чем необходимость.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Для этого нужен переход на плановую экономику, ибо без мелкого легкового и грузового транспорта - малый и немного средний бизнес вымрут мгновенно как класс...

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Гужевой транспорт очень ок. Чрезвычайно маневренный :)

Мелкому бизнесу придется менять структуру, ничего не поделаешь. 

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Не вымрут. У всех конкурентов одни и те же издержки. Перейдут на электромобильчики. Они уже сейчас без проблем 150км пробега на одной зарядке обеспечивают. Сделают заправочные станции. Подъехал. Вынул пустой аккум и вставил следующий. Через 5 мин. двинулся дальше.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Тут даже на аккумуяторные, а на сжатом воздухе авто. Весьма ок. 

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Ну, идея давнишняя, но вы посчитайте, сколько нужно электростанций построить... что б заменить энергию того бензина, который едят авто.

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)
Вы сжатый воздух считали? У меня где-то в блоге пробегали расчеты такого "балонного" автомобиля. Там очень некузявая энергетика. Только и того, что циклы зарядка-разрядка практически неограничены, в отличии от электричесих аккумуляторов.
Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Не ограничены? - это только у сжимаемого газа... не ограничены, а вот у всего остального?

Я тут подумал, а долго ли будет жить разъёмное соединение на кучу атмосфер, - через которое ваши баллоны будут заряжать (или менять) пару раз на дню?

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Ну заправочные станции метана живут же как то. Это не самая большая проблема.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Ну да, самая большая проблема - это запас хода... реально такое авто - это просто игрушка.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Заправляют сжиженным газом, а не сжатым.

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

... а давление всё равно, адское...

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Это чт о касается пропана(СНГ). Метан в авто сжатый.

СПГ только на танкерах везут :)

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

.....ну и надуть можно...от проходящего рядом авто...

Кондиционера опять же не надо. В теплых странах под индивидуальные авто покатит.

Под грузовые и сельхоз машины ессно нет.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Чтобы сжать воздух нужна всё та же энергия, что и для заливки в аккумуляторы. Так что вопрос об электростанциях остается прежним.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Я бы поставил вопрос несколько иначе. Не вопрос электростанций, а вопрос мобильности. 

Ибо ЭС могут работать на чем угодно и быть расположены в каком угодно месте. 

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

И всё же главный вопрос современности, после экономики и -изма, а то и перед ними: это вопрос энергии. Будет доступная энергия - будет всё, в том числе и мобильность.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Ну атомной корабль уже не проблема. Ракета тоже. Самолет мы обкатали.

Дело за малым - ж\д локомотив и сельхоз трактор :)

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Шутите? По мне, так уж лучше на АЭС - из тепла реакторов и электричества турбин производить или водород или алюминий. А уж их... жечь в кислороде воздуха (почти по старинке) в тракторах и прочее...

Но уран 235 - это уже немного дефицит, а замкнутый цикл с широким вовлечением урана 238 или тория 232 - это пока планы, планы... а уж термоядерная энергия, эх... всё это проблемно, очень.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Планировали. Колея получается 5-6м. Нет объемов перевозок под подобнную машину.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Ну в самомлет же как то запихали.

Аватар пользователя Vneroznikov
Vneroznikov(12 лет 3 месяца)

Что американский Б-36 что наш Ту-95 реактор просто возили, для отработки самого реактора и биозащиты. Паротурбинной установки у них на борту не было. Так что такое чисто исследовательское впихивание - не показатель.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Ширина колеи 1.5м Ширина фюзеляжа самолета - более 5м. Для того что бы использовать реактор на ж/д придется перекладывать полотно. Сейчас этим занимаются на Сахалине (меняют японскую узкоколейку на российский стандарт). Поинтересуйтесь сколько это стоит.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Самое сложно и затратное в ж\д это путь и путевое хозяйство. Трудней всего проложить основу для колеи - зем. плотно. Так вот, при наличии зем. полотна уже немного проще :)

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Где взять генерирующие мощности? В России порядка 40 млн. автомобилей. Считая среднюю мощность в 70КВт получаем потребность в сотни ГВт. Где их взять?

Аватар пользователя tokomak
tokomak(12 лет 3 месяца)

Немного не так...

 


  1. Авто эксплуатируется не всегда, а всего несколько часов в день (КИУМ~0.4 на вскидку), а вот электростанция работает 24 часа в сутки и КИУМ стремится к 1;
  2. Средняя мощность легкового авто во время эксплуатации - это не 70кВт, а около 35кВт (опять на вскидку), так как во время нормального равномерного движения со скоростью около 90 км/ч, авто ест около 20 кВт (наблюдал лично, и сам пересчитывал в киловатты).

Так что ГВт будет нужно несколько меньше... но всё равно до жопы!!!

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Цифру можно  смело уменьшить в половину. Вопрос привычки и сложившегося жизненного уклада. В этом случае потребная мощность уже будет меньше. Меньше авто - меньше затрат на их производство, меньше затрат энергии. Сплошные плюсы :)

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Ну хорошо. 100ГВт - половина нынешних мощностей накопленых за 50 лет. Сотня блоков по всей территории России.....

Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)
70 кВт на среднестатистическом легковом авто вообще-то используются от силы 10% от времени его работы. А годовой пробег в 40 000 км среднего российского авто при средней скорости в 40 км/ч - это всего-то 1000 часов работы ДВС при годовом фонде времени в 8760 часов. Короче, там печально, но отнюдь не столь трагично. А вот в США - 200 млн. тачек. Там все гораздо напряженнее.
Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Ну по любому потребные мощности измерятся в районе сотни ГВт. Плюс сопутствующая инфраструтура для их доставки потребителю.

Дорого. Очень.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Транссиб есичо электрофицирован. Весь.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

И чо?

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Инфраструктура уже есть. Электросетевое хозяйство довольно развито. Спасибо СССР.

Аватар пользователя slw068
slw068(12 лет 2 месяца)

Оно заточено на определенные мощности. При вводе дополнительной сотни ГВт придется под эту мощность устанавливать дополнительное оборудование.

Аватар пользователя evgeniy72
evgeniy72(12 лет 2 месяца)

Не без этого. 

Аватар пользователя Сержант в Запасе

Вроде бы электрофицированн...ВЕСЬ. Могу ошибатца. Но таки кажись проходила инфа, что электрофикацию сделали.

Комментарий администрации:  
*** Отключен (назойливый и обильный инфомусор) ***
Аватар пользователя Already Yet
Already Yet(11 лет 11 месяцев)

Я писал в статье "Время менять имена", что у России будет всё-таки переходный период - страна пока нетто-экспортёр энергии и на свои нужды тратит всего 25% добываемой нефти. Поэтому нужные гигаватты, при желании, построить и распределить вполне реально.

А вот у США уже сейчас 2/3 всей нефти - завозные. Им сгодня уже надо активно чесаться, а реально - ещё позавчера, в 1971 году, когда он пик нефти проходили.

Страницы