Paliwa kopalne

Ostatnie ćwierćwiecze przyniosło niestabilność ceny ropy naftowej na rynkach światowych. Przez prawie ćwierć wieku cena ropy oscylowała wokół 2,5 USD za baryłke. Jednak gwałtowny kryzys energetyczny w roku 1974 spowodował podniesienie ceny ropy do 16 USD za baryłkę, by w 2005 roku cena ta wynosiła 60 USD. Tak ogromny wzrost cen paliwa nie jest oczywiście korzystny dla gospodarki krajów, które nie posiadają własnych złóż paliw płynnych. Do tych krajów należy Polska.


Gospodarka Polski w zakresie paliw silnikowych jest uzależniona od importu ropy naftowej, stąd duża wrażliwość cen tego surowca na każde wahanie cen na rynkach światowych. Jednak jest sposób, aby ochronić naszą gospodarkę przed coraz częstszymi zmianami na rynku paliw płynnych.


Polska jest krajem, który nie dysponuje złożami ropy naftowej. Dysponuje jednak innymi surowcami. W ostatnich latach krajowe górnictwo eksportuje rocznie około 15 mln ton węgla i to nie zawsze z dodatnim skutkiem ekonomicznym (dane z roku 2006). Można jednak wykorzystać te nadwyżki wydobywanego węgla w bardziej opłacalny dla gospodarki sposób. Korzystnym rozwiązaniem byłoby przetwarzanie nadwyżek węgla do najwyższej jakości paliw silnikowych.


Przetwarzanie węgla na paliwa silnikowe nie jest pomysłem ostatnich lat. Dwie takie technologie zostały opracowane i wdrożone już w okresie międzywojennym:


Patent profesora Bergiusa


Jest to technologia polegająca na poddaniu zmielonego węgla kamiennego działaniu rozpuszczalników, po czym w obecności katalizatora żelazowego węgiel poddawany jest hydrokrakingowi w temperaturze 430-470oC, pod ciśnieniem 25-70 MPa.


Podczas II wojny światowej takiego typu instalacje pracowały również na terenie Polski: na terenie Zakładów Chemicznych "BLACHOWNIA" i Fabryki "POLICE" pod Szczecinem. Obie instalacje zostały zdemontowane po zakończeniu wojny. Obecnie tę technologię wdrażają Chiny w swoim największym zagłębiu węglowym.


Synteza Fischera - Tropscha


Ta technologia polega na wymieszaniu tlenku węgla z wodorem w obecności katalizatora. W ten sposób uzyskuje się paliwa silnikowe wysokiej jakości. Jak to działa? Węgiel kamienny oraz brunatny (lub biomasa) zostaje zgazowany w atmosferze tlenowo-parowej, ewentualnie metanowej. W ten sposób otrzymuje się gaz syntezowy.


[Rozmiar: 62127 bajtów]

(źródło rysunku: "Produkcja paliw silnikowych z węgla poprzez zgazowanie i syntezę Fischera - Tropscha",
K. Dreszer, L. Więcław - Solny, Polityka energetyczna, Tom 10, Zeszyt specjalny 2, 2007 )


Synteza F-T to dość skomplikowany proces, podczas którego zachodzi wiele reakcji chemicznych. Podczas jej trwania powstają głównie proste węglowodory alifatyczne: alkany oraz alk-1-eny jak również alk-2-eny. W mniejszych ilościach powstają inne izomery węglowodorów jak i związki tlenowe: głównie alkohole, ale również aldehydy, ketony, estry i kwasy organiczne. Podstawowym produktem ubocznym syntezy jest woda.


Już w czasie II wojny światowej działała tego rodzaju wytwórnia na terenie Zakładów Koksowniczych na Opolszczyźnie (zdemontowana zaraz po wojnie przez władze radzieckie).


Celem syntezy Fischera-Tropscha jest produkcja paliw płynnych.
Jedną z zalet tej technologii jest możliwość wytwarzania paliwa wolnego od związków siarki i azotu. Dzięki temu paliwo otrzymane na drodze syntezy Fischera-Tropscha jest czystsze dla środowiska naturalnego!!!


Procesem Fischera-Tropscha zwyczajowo nazywa się proces chemicznego wytwarzania paliw przy wykorzystaniu syntezy Fischera-Tropscha, który składa się z trzech etapów:

1. Wytwarzania i przygotowania gazu syntezowego. Może on być otrzymywany m.in. z węgla poprzez jego zgazowanie, gazu ziemnego poprzez jego reforming jak i również z biomasy np. w wyniku jej pirolizy. Ostatnia możliwość, choć dotychczas nieekonomiczna, może stanowić przyszłość dla tej technologii. W skład gazu syntezowego może również wchodzić dwutlenek węgla, który jest zdolny do współtworzenia łańcucha węglowodorowego. Wytwarzanie gazu syntezowego to w obecnym czasie najdroższy etap procesu pozyskiwania paliw. Obecnie najpowszechniejsze jest pozyskiwanie tego gazu w wyniku reformingu metanu (gazu ziemnego), proces taki nazywany jest procesem Fischera-Tropscha konwersji gazu do cieczy (z ang. a Fischer-Tropsch gas to liquid process, F-T GTL).

2. Konwersji gazu syntezowego, głównie do węglowodorów alifatycznych (głównego składnika benzyny) oraz wody.

3. Przygotowania i obróbki (głównie hydrokrakingu i izomeryzacji) do pożądanych produktów.


Przebieg syntezy Fischera - Tropscha:


1. Tworzenie węglowodorów parafinowych:
(2n+1)H2 + nCO --> C n H 2n+2 + nH2O

2. Tworzenie olefin:
2nH2 + nCO --> CnH2n +nH2O

3. Tworzenie alkoholi:
2nH2 + nCO --> CnH2n+1OH + (n-1)H2O

4. WGS (Water Gas Shift)
CO + H2O --> CO2 + H2

5. Reakcja Boudouard'a'
2CO --> C + CO2

6. Osadzanie koksu:
H2 + CO --> C + H2O



Synteza Fischera - Tropscha jest prowadzona pod wysokim ciśnieniem (0.1 - 4.0 MPa)

Aby produkcja paliw silinikowych na bazie syntezy Fischera-Tropscha była opłacalna, należy przerobić około 6 mln ton krajowego węgla. Oznacza to produkcję roczną:


Aby uzyskać 3 mln ton paliw silnikowych na rok, trzeba zgazować 9 mln ton węgla na rok w generatorach, z zastosowaniem mieszaniny tlenowo-parowej, w temperaturze 1350-1600oC, pod ciśnieniem 2,5-3,5 Mpa.


Tylko 40% produktów pierwotnych tej syntezy nadaje się do destylacji w celu uzyskania paliw silnikowych. Lżejsze oraz cięższe półprodukty poddane zostaną procesom polimeryzacji, alkilacji i krakingu na paliwa płynne w taki sam sposób jak to ma miejsce w przypadku przerobu ropy naftowej w PKN ORLEN w Płocku.


Benzyna wyprodukowana w ten sposób nie będzie się jakościowo różniła od tej uzyskiwanej na drodze przemian ropy naftowej. Natomiast olej napędowy i opałowy są jakościowo znacznie lepsze.


W tabeli poniżej zostały zestawione własności fizyko-chemiczne olejów opałowych otrzymanych na drodze syntezy Fischera-Tropscha oraz otrzymanych z przemian ropy naftowej.


WŁASNOŚCI    Z ropy naftowej   Z węgla 
gęstość [kg/m3] 846 364
wartość opałowa [MJ/kg] 42,6 43,8
zawartość aromatów [% masy]  20,4 0,2
zawartość węgla [% masy] 86,1 84,8
zawartość siarki [% masy] 0,1 0,00
temp. wrzenia [oC] 182 187
koniec destylacji [oC] 364 362

Jak wynika z powyższej tabeli, olej pochodzący z syntezy Fischera-Tropscha jest pod każdym względem lepszy od wytwarzanego z ropy - przede wszystkim nie zawiera aromatów, które są rakotwórcze, nie zawiera też związków siarki. Jest to olej dużo bardziej przyjazny środowisku, niż olej otrzymywany technologią przetwarzania ropy naftowej.


Konieczność budowy fabryki, która wytwarzałaby paliwa silnikowe z węgla, powstanie w najbliższych kilku latach. Powodem są wzrosty cen (nawet do 5 zł za litr benzyny bezołowiowej - wrzesień 2008 roku) i niestabilność na światowych rynkach tego surowca.



Opracowano na podstawie artykułu "Węgiel raz jeszcze? Zamiennik ropy" autorstwa Włodzimierza Kotowskego ("Nafta & Gaz Biznes - wiosna 2006")