Новое время - 1

               
               

                Синтетическое топливо.


Химия – как наука о веществах, их строении и свойствах, является одной из самых древних наук на Земле. Предполагается, что она возникла в Древнем мире – в странах Египта, Китая и Индии. Но становление ее, как науки о превращении веществ в химических реакциях, началось много позже, примерно во второй половине 18 века и завершилось в начале 19 века.
Но это вовсе не значит, что она исчерпала свои возможности, наоборот химия сегодня способна на очень многое. С помощью квантовой химии и электронно-вычислительной техники ученые получили исключительную возможность рассчитывать структуру получаемого химического элемента заранее, а не по окончании задуманного эксперимента, как это делалось прежде.
И что это значит? Только одно, что химия сегодня активно взаимодействует с ведущими науками – с физикой и биологией. И не только в их чистом виде, а и в их пограничных областях, таких как квантовая химия, химическая физика, физическая химия, геохимия, биохимия и некоторыми другими науками, исходя из ситуации. То есть химия сегодняшнего дня - в настоящее время глобальных исследований как на Земле, так и в Космосе является экспериментальной наукой.
Без нее – без химии в современном мире и в повседневной жизни просто не обойтись!
И доказательств тому число не исчислимое!

***

Что касается нажитых человечеством глобальных проблем на Земле, то более насущной проблемы, чем топливная, в мире, пожалуй, не существует. И объясняется она истощением нефтяных запасов. Но это только лицевая сторона проблемы, а обратная состоит в том, что производство синтетического топлива с каждым днем становится все актуальней. 
Так что имеется в виду?
А в виду имеется то, что попутный газ, который находится в недрах земли под давлением, при добыче нефти высвобождается в больших количествах. И с одной стороны он вроде и полезен, как сырье, но с другой, если его сжигать, наносит колоссальный ущерб окружающей среде.
И что делать?
Перерабатывать попутный газ в синтетическую нефть, потом смешивать ее с добываемой нефть и гнать по трубопроводам к месту назначения. Казалось бы, лучше решения проблемы и найти невозможно.
Но что это такое синтетическая нефть?
На поверку ответ простой!
Синтетическая нефть – это продукт по составу похожий на минеральную нефть, то есть природную, но продукт, получаемый из других материалов, а именно из природного газа, древесины и угля.
На первый взгляд вся картина выглядит очень даже привлекательно. Причем и оправдания по поводу подобных намерений как бы не на пустом месте выросли, а наболели за долгую историческую жизнь. Ведь как ни крути, а минеральное топливо в силу своих потребительских свойств на рынке, примерно, втрое дороже природного газа. Это, во-первых! А во-вторых, тенденция роста стоимости нефтеперерабатывающих заводов никуда не делась и сохраняется во всем мире на протяжении многих десятилетий, потому как требования к качеству конечного топлива возрастают. А это значит, что нефтедобывающей индустрии приходится расширяться и возводить дополнительные производственные цеха по более углубленной переработке нефти, качество которой за последние годы заметно ухудшилось.
И если говорить прямо, то высококачественной нефти вроде той, что когда-то добывалась в Грозном (в Чечне), становится все меньше. А для переработки нефти низкого качества нужны более дорогие технологии.

***

Что же касается Грозненского нефтяного района, то на территории Российской империи, а затем и СССР он был одним из крупнейших районов как нефтяной добычи, так и нефтяной промышленности. Парафинистая нефть с высоким содержанием легких фракций добывалась в районах Сунженского и Терского горных хребтов, а также в районе Черных гор. Парафинистой называется та нефть, в которой твердые углеводороды содержатся в растворенном состоянии. Вообще, парафинистая нефть относится к трудноизвлекаемым, тяжелым типам нефти. Причина одна! Парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенной температуре, порядка сорока градусов по Цельсию и больше. А поскольку температура в пластовых условиях, то есть на глубине залегания нефти, как правило выше 40 градусов, то парафины в нем находятся в гомогенном или однородном растворе.
Однако, когда нефть поднимается из глубины пласта в верхние слои, где температура падает, то парафины откладываются на стенках скважины, образуя парафиновые пробки, А это уже не раствор, а различные нерастворимые соединения – смолы, масла, вода и механические примеси.
В целом, что касается добычи грозненской нефти, то она началась в Старогрозненском районе 6 октября 1883 года. Именно там с глубины свыше 130 метров забил первый фонтан нефти. Причем, с тех самых пор история грозненского нефтепромысла тесно связана с такими известными историческими персонажами как Ротшильд, Нобель, Шпис и с другими личностями. И это вполне укладывается в образ жизнедеятельности подобных людей.
Ведь когда российские ученые впервые посетили этот богатый край, то были безгранично удивлены тем, что для добычи «маслянистой жидкости» всего только и нужно было, это выкопать колодец не глубже двух метров глубиной и зачерпнуть ее ведром. С чего, собственно, в Чечне и начались геологические разведки. Позднее словосочетание «масленичная жидкость» сменилось на современное «нефть».
Возможно, что Чечня еще долгое время оставалась бы столицей нефтяного промысла, если бы ни события 1991 года, когда сепаратисты овладели не только территорией, но и природными богатствами республики. Вот тогда все и изменилось. А за время войны и вовсе! «Черное золото» нещадно расхищалось и с использованием черных схем расторговывалось и на запад, и на восток. В итоге нефтяные источники значительно истощились, и некогда нефтеносная и богатейшая республика осталась ни с чем. И если прежде качественная высокосортная нефть добывалась на минимальной глубине, то в последствии, на более глубоких пластах, где в нефти обнаруживалось высокое содержание серы.

***

О чем это говорит? О том, что от количества серы в нефти зависят сразу несколько факторов - стоимость ее переработки, цена реализации и качество нефтепродуктов.
А все почему?
Потому что соединения серы, во-первых, токсичны, во-вторых, имеют неприятный запах, в-третьих, способствуют отложению смол и последнее, соединениях серы с водой вызывают интенсивную коррозию оборудования и топливной арматуры двигателя. Иными словами, чем выше содержание серы в нефти, тем она – нефть менее качественная. 
Другими словами, в природной или минеральной нефти присутствует немало веществ, которые создают для производителя не малые проблемы. И что это за проблемы? Ответ известный – полутвердые сгустки смол, углеводороды, металлы, сераорганические соединения, а порой даже ртуть и мышьяк. Причем, со всем этим хозяйством необходимо как-то бороться. А это, во-первых, хлопотно, во-вторых, трудоемко и в-третьих, затратно.
Но есть и еще кое-что!
Чем глубже залегает нефтеносный пласт, тем проблем больше! И дело не только в усовершенствовании оборудовании или решении техногенных задач, а еще и в том, что рост добычи газа приводит к тому, что он становится дешевле, а рост добычи нефти наоборот, приводит к ее удорожанию.
И эта тенденция в будущем не изменится!
Отсюда вывод напрашивается сам собой. Быть может, он не настолько идеальный, но технологии получения синтетической нефти и моторного топлива из газа уже нельзя назвать фантастикой.

***

Первая технология получения синтетического топлива зародились в 20-х годах двадцатого века. А первым разработчиком этой программы стала Германия. Сегодня совсем не удивительно, что подобное озарение обрушилось на немцев в период между двумя мировыми войнами. Тогда же родилось и название этой технологии - GTL. Что в полной расшифровке означает «газ в жидкость». Вполне естественно и то, что первые опыты по разработке синтетической нефти проводили немецкие ученые. Это были Франц Фишер (1877-1947) – немецкий химик и Ханс Тропш (1889-1935) – тоже немецкий химик, но родом из Чехии. Оба они – и тот и другой занимались синтезом углеводородов, то есть посредством химических реакций смешения углерода (СО) с водородом (Н2) получали различные жидкие углеводороды.
Дела, и это надо признать, дела делались быстро.
Сначала в 1928 году парочка сконструировала первую опытную установку, с помощью которой получила синтетический газ из угля. А в 1934 году, практически на кануне второй мировой войны, в Германии появился первый промышленный завод по производству синтетической нефти. Конечно, это было великое событие, но по счету второе, поскольку первым большим событием в Германии было назначение 30 января 1933 года Адольфа Гитлера новым рейхсканцлером Германии. До начала второй мировой войны 1939 года оставалось всего пять лет и это если не считать гражданскую войны в Испании в 1936 году, где Германия принимала самое активное участие.
Пять лет много это или мало?
Вопрос риторический! Но за это время Германия успела построить не один, а несколько заводов по производству синтетического топлива, А к концу войны, то есть к 1945 году в мире уже насчитывалось 15 заводов синтеза Фишера-Тропша.
И где? В Германии, США, Китае и Японии, общая мощность которых составляла один миллион тонн углеводородов в год.
И все, казалось бы, хорошо, кроме одного. Цена конечного эрзац-продукта была очень высокой. Поэтому Германия активно боролась за доступ к месторождениям природной нефти. Главным образом румынской и кавказской.
И что в итоге?
В итоге в 1945 году Германия была разбита, все заводы первого поколения по производству синтетической нефти были снесены. И только три, которые вошли в советскую зону оккупации, были вывезены в порядке репараций в Советский Союз.

***

Однако новые технологии по производству эрзац-бензина даром не пропали. Большая часть специалистов в этой области переехали в Южно-Африканский Союз, который позднее был переименован в Южно-Африканскую Республику.
Так начиналась история производства синтетической нефти на Африканском материке.
Почему именно там?
Ответ простой.
Потому что та ситуация с природными ресурсами, которая имелась в ЮАР, в целом была похожа на немецкую, то есть при отсутствии собственных месторождений нефти в стране имелись богатые запасы угля и умеренные природного газа. Это была первая причина. А вторая – послевоенные отношения Германии с внешним миром были настолько сложными, что лучшего места для укрытия и развития технологии Фишер - Тропш было бы трудно найти.
И в самом деле, обустройство беглецов на Африканском континенте принесло свои плоды.
Обе технологии:
- «Уголь в жидкость» или CTL – технология сжижения угля
-«Газ в жидкость» или GTL – технология превращения природного газа в высшие углеводороды, топливо и химические продукты получили реальную возможность для дальнейшего развития.
И когда в октябре 1973 года ОПЕК отказалась поставлять нефть странам, поддерживающим Израиль, то подскочила не только цена на нефть, но и градус национальной топливной безопасности как в Европе, так и в США. Вот тут-то, в кризисных условиях выживания, самым разумным и спасительным решением было производство синтетической нефти, этим и занялись монстры – крупнейшие нефтяные компании.
Таким образом природный газ не только обрел новую жизнь, но и заявил миру о своих преимуществах. Самым существенным из которых было – отсутствие в углеводородных продуктах серы, азотосодержащих и ароматических соединений.
В настоящее время ЮАР – страна с площадью территории в 1 219090 километров квадратных, что равно двум территориям Франции, является одним из самых крупных мировых лидеров в производстве синтетической нефти. Так для переработки угля в жидкие углеводороды в стране в городе Секунда построен комплекс из двух заводов – Западного и Восточного

***

Третье поколение коммерческой технологии Фишер-Тропш воплощалось в жизнь через государственную программу Катара, который, можно сказать, обладает несметными сокровищами. Так по запасам природного газа страна занимает третье место в мире, по экспорту природного газа – шестое, а по экспорту нефти и нефтепродуктов - 21 место. При этом надо иметь в виду, что это легкие сорта нефти с низким содержанием серы и высокой степью извлекаемости или попросту – добычи.
Официально Государство Катар – это государство (эмират), расположенное на Катарском полуострове. Граничит с Саудовской Аравией на юге. 
По сравнению с ЮАР территория государства Катар небольшая всего 11586 километров квадратных и это при населении более 3 миллионов человек.
В настоящее время в Катаре действуют два завода по производству синтетической нефти из природного газа, на которых используется технология Фишер-Тропш «газ в жидкость». Так на заводе PearI GTL синтезируется высококачественное, не содержащее серу, топливо для заправки авиалайнеров, а на заводе Oryx GTL вырабатывается синтетическое топливо, которое продается на рынке.
Ключевая новинка или особенность данного производства заключается в использовании различных катализаторов, состоящих из мелких частиц металлов: будь то кобальт, никель, железо или что-то подобное.
В чем заключается суть данной новации?
Все в том же - в приросте доходности! Потому что чем эффективней катализатор, тем больше выход конечного продукта синтеза, а значит, миром по-прежнему правят деньги, а люди по-прежнему «гибнут за металл».

***

И сомневаться в этом не приходится.
Так в разработку четвертого поколения технологии Фишер-Тропш в качестве основной задачи было внесено намерение об уменьшении окупаемости производства синтетического топлива. Для чего требовалось выявить возможность строительства небольших заводов на удаленных площадках, при этом без наличия большого количества обслуживающего персонала и производства побочных продуктов. То есть, судя по всему, технологии третьего поколения оказались недостаточно производительными для того, чтобы оправдать строительство заводов синтетической нефти.
Как выяснилось в последствии, причин для этого было не мало.
Во-первых, производительность реакторов Фишер-Тропш оказалась низкой.
Во-вторых, жизнь используемых катализаторов оказалась не долговечной.
И в-третьих, пришло ясное осознание того, что для превращения твердых восков в продукт, востребованный на рынке, а это жидкое моторное масло и авиационное топливо, требуется строительство нефтехимических производств.
Что будет дальше?
Время покажет, потому что научная мысль всегда находится в поиске.
Что касается России, то по оценке Минприроды 2025 года при текущем уровне добычи, уже разведанных запасов нефти, стране хватит ее на 26 лет. Из 31 миллиарда тонн запасов рентабельны только 13 миллиардов тонн. Причем, значительная часть этих запасов представляет собой трудноизвлекаемые запасы.
По информации на июнь 2025 года «Роснефть» завершила разработку собственной отечественной технологии GTL для производства синтетической нефти.
Что касается природного газа, то по предварительным данным Роснедр 2024 года, запасы природного газа в стране составляют 63,5 триллиона кубометров. Крупнейшие российские месторождения газа:
- Ямало-Ненецкое
- Уренгойское – третье по величине в мире
- Тамбейское
- Штокмановское на шельфе Баренцева моря
Все месторождения известны как Арктические и представляют собой потенциальный запас страны.