Преобразование угля в жидкое топливо при помощи ядерной энергии

Используя источник водорода, функционирующий при помощи ядерной энергии, в сочетании с теплом от ядерных установок, можно более чем в два раза увеличить количество производимых из угля жидких углеводородов и устранить большую часть выбросов CO₂, возникающих в этом процессе. Используя 14 600 тонн обычного каменного угля, можно произвести 25 000 баррелей синтетического топлива, при этом выбросы CO₂ составят 25 000 тонн

Для преобразования угля в топливо используются различные процессы. На косвенное сжижение угля приходится значительная часть мирового производства топлива - около 260 000 баррелей (41 000 м³) в сутки. Уголь газифицируется в синтез-газ и далее преобразуется в дизельное и реактивное топливо или в бензин. В процессах прямого сжижения отсутствует стадия производства синтез-газа, и они представляют собой либо гидрирование, либо пиролиз и карбонизацию.

Процесс Фишера-Тропша (ФТ) был разработан в Германии в 1920-х годах и использовался при производстве топлива для немецкой армии во время Второй мировой войны. При протекании этого процесса активно используется водород, участвующей в реакции с монооксидом углерода в присутствии катализатора. В настоящее время водород и CO производятся путем газификации угля, где часть газового потока участвует в реакции конверсии воды.

Газификация угля дает CO и H₂ - компоненты, необходимые для протекания процесса ФТ. Реакция конверсии воды преобразует часть CO в CO₂ с выделением большого количества H₂, причем на обеих стадиях используется вода. В самом процессе ФТ водород плюс CO превращается в алканы с использованием катализатора.

В Ордосе, Внутренняя Монголия, Китай, компания Shenhua Coal Liquefaction Corp производит 20 000 баррелей (3000 тонн) нефтепродуктов в день из почти 10 000 тонн угля, добытого на угольном месторождении Шенфу-Донгшэн с использованием американской технологии. Завод Erdos CTL стоимостью 2,06 миллиарда долларов был введен в эксплуатацию в 2010 году и в 2013 году произвел 866 000 тонн нефтепродуктов. Его общая проектная мощность составляет 1,08 миллиона тонн различных углеводородов в год, включая дизельное топливо (621 000 т/год), нафту (321 000 т/год) и сжиженные углеводородные газы (СУГ) (70 000 т/год).

Для реализации этой технологии критически важным является водоснабжение. Для производства одной тонны углеводородного продукта требуется 7-12 тонн пресной воды, в зависимости от использования прямого сжижения или косвенного (на основе процесса ФТ), при этом образуется 9 тонн CO₂ и 4,8 тонны загрязненных сточных вод.

Shenhua предлагает построить завод стоимостью 7 миллиардов долларов в Ниндонге, Нинся, Китай - завод Shenhua CTL - для производства 80000 баррелей (13000 м³) топлива в день с использованием технологии непрямого сжижения, основанной на процессе ФТ.

Процесс гидрогенизации (по Бергиусу) требует, чтобы водород вступал в непосредственную реакцию с углем при высокой температуре и давлении. Процессы пиролиза и карбонизации обладают меньшей производительностью и не являются коммерческими привлекательными для получения топлива методом сжижения угля.

Используя источник водорода, функционирующий при помощи ядерной энергии, в сочетании с теплом от ядерных установок, можно более чем в два раза увеличить количество производимых из угля жидких углеводородов и устранить большую часть выбросов CO₂, возникающих в этом процессе. Используя 14 600 тонн обычного каменного угля, можно произвести 25 000 баррелей синтетического топлива, при этом выбросы CO₂ составят 25 000 тонн.

Применяя гибридную систему, электричество, получаемое с помощью ядерной энергии, расходуется на поддержание электролиза воды при производстве водорода. При этом для получения монооксида углерода около 4400 тонн угля будет газифицироваться с использованием кислорода, также получаемого от электролиза. CO в сочетании с водородом участвует в процессе Фишера-Тропша, производя 25 000 баррелей синтетического топлива. При такой технологии образуется очень мало CO₂, который возвращается обратно в газификатор.

Источник: World Nuclear Association