Синтетическая нефть и её получение¶

Синтетическая нефть — продукт, получаемый искусственным путём из угля, природного газа, горючих сланцев, биомассы или отходов и по составу близкий к природной нефти либо к её отдельным фракциям. К синтетической нефти относят как жидкие углеводороды, синтезируемые методом Фишера — Тропша, так и продукты термического разложения органического сырья (полукоксование, пиролиз, гидрогенизация угля). Термин применяется в нефтепереработке, химической технологии и энергетике; в узком смысле под ним понимают синтетическую нефть, используемую как заменитель природного сырья на нефтеперерабатывающих заводах.

¶Общее понятие и место в классификации

Синтетическая нефть отличается от природной происхождением, а не свойствами: обе представляют собой смесь углеводородов — парафиновых, нафтеновых и ароматических. Ключевое отличие состоит в том, что сырьём служат не нефтяные пласты, а другие виды органического и минерального сырья. По агрегатному состоянию это жидкость тёмного цвета с плотностью и вязкостью, варьирующими в зависимости от технологии. Синтетическую нефть нередко называют «синкрудом» (от англ. syncrude — synthetic crude oil) — это товарный продукт, пригодный для транспортировки по трубопроводам и переработки на обычных НПЗ.

Различают два основных направления:

• Синтез из газа (GTL, gas-to-liquids) — получение жидких углеводородов из синтез-газа (смеси CO и H₂).
• Синтез из твёрдого сырья (CTL, coal-to-liquids; а также из сланцев и биомассы — BTL) — газификация угля или биомассы с последующим синтезом.

¶История

Промышленные предпосылки возникли в первой половине XX века. В Германии в 1920–1930-е годы Франц Фишер и Ханс Тропш разработали каталитический процесс получения жидких углеводородов из синтез-газа. В годы Второй мировой войны Германия, лишённая доступа к нефтяным месторождениям, производила значительные объёмы моторного топлива из угля по методу Фишера — Тропша и через гидрогенизацию угля (процесс Бергиуса).

В СССР работы по газификации и синтезу жидкого топлива велись с 1930-х годов; в 1950-е годы в Новочеркасске и других городах действовали опытные и промышленные установки. В ЮАР компания Sasol с 1955 года эксплуатирует крупные комплексы CTL, ставшие классическим примером промышленного производства синтетической нефти из угля. В 1980-е годы в СССР и России интерес к теме усилился в связи с поиском альтернатив традиционной нефти.

¶Технологии получения

Основные промышленные процессы:

¶Газификация и синтез Фишера — Тропша

Сырьё (уголь, биомасса, природный газ) превращают в синтез-газ при высокой температуре. Затем в реакторе с кобальтовыми или железными катализаторами при давлении 1–4 МПа и температуре 200–350 °C получают смесь углеводородов. Продукт разделяют на фракции; тяжёлые фракции гидрокрекингом доводят до товарной синтетической нефти.

¶Гидрогенизация угля (процесс Бергиуса)

Уголь смешивают с тяжёлым растворителем, нагревают до 400–500 °C под давлением водорода 20–70 МПа. Выход жидких продуктов достигает 50–70 % на органическую массу угля.

¶Термическая переработка сланцев

Горючие сланцы подвергают полукоксованию (пиролизу) при 450–550 °C, получая сланцевую смолу, которую облагораживают до синтетической нефти.

¶Переработка отходов

Пластиковые и резиновые отходы, а также отработанные масла перерабатывают пиролизом с получением синтетической нефти-аналога.

¶Характеристики и качество

Синтетическая нефть, полученная методом Фишера — Тропша, содержит мало серы, азота и ароматических соединений, что делает её ценным малосернистым сырьём. Однако она обогащена парафинами, имеет высокую температуру застывания, требует дополнительной переработки. Продукты гидрогенизации угля, напротив, содержат больше ароматики и требуют очистки от серы и азота. Ключевые показатели — плотность, фракционный состав, содержание серы, групповой углеводородный состав.

¶Применение

Синтетическая нефть используется как сырьё для производства моторных топлив (бензина, дизеля, авиакеросина), смазочных масел, парафинов, олефинов для нефтехимии. В странах с крупными запасами угля и малыми запасами нефти (ЮАР, Китай) она служит стратегическим резервом топливообеспечения. В России интерес к синтетической нефти связан с запасами угля, сланцев и попутного газа.

¶Значение и ограничения

Синтетическая нефть расширяет сырьевую базу топливной энергетики и снижает зависимость от импорта нефти. Основные ограничения — высокая энергоёмкость и стоимость производства, значительные выбросы CO₂ при газификации угля, потребность в больших объёмах воды. Поэтому экономическая целесообразность зависит от цен на нефть и наличия дешёвого сырья.

¶Перспективы

Развитие направлено на повышение эффективности катализаторов, использование биомассы и отходов (BTL, WTL), интеграцию с улавливанием и хранением углерода. В России ведутся исследования по газификации углей и переработке попутного нефтяного газа в жидкие продукты.

Источники: Большая российская энциклопедия; отраслевые обзоры по технологии Фишера — Тропша; материалы по газификации угля и сланцепереработке; публикации по синтетическому жидкому топливу.