烴類燃料

烴類燃料

烴類燃料(hydrocarbon fuel)作為火箭發動機、噴氣發動機使用的液體碳氫化合物的統稱。主要包括煤油及合成高密度烴燃料。煤油主要由烷烴、環烷烴及芳香烴組成。合成高密度烴燃料為純化合物或由它與煤油混配而成。高密度烴由石油經蒸餾、聚合、加氫製備,或由有機中間體經化學合成製備。能量高,原料來源充足,廣泛用作火箭發動機、渦輪發動機及衝壓發動機的燃料。

烴類燃料(hydrocarbonfuel)火箭發動機噴氣發動機使用的液體碳氫化合物的統稱。主要包括煤油及合成高密度烴燃料。煤油主要由烷烴環烷烴芳香烴組成。合成高密度烴燃料為純化合物或由它與煤油混配而成。高密度烴由石油經蒸餾、聚合、加氫製備,或由有機中間體經化學合成製備。能量高,原料來源充足,廣泛用作火箭發動機、渦輪發動機及衝壓發動機的燃料。

重大成就

中國烴類燃料綠色生產研究方面取得進展

烴類燃料北京大學化學院教授寇元——烴類燃料的評價
費托合成是將煤和天然氣轉化為液體燃料的核心技術,是以合成氣(一氧化碳和氫氣)為原料在催化劑和適當反應條件下合成以石蠟烴為主的液體燃料的工藝過程。
1923年,德國化學家F.費歇爾和H.托羅普施開發出費托合成技術,第二次世界大戰期間這一技術投入規模生產,迄今已有80年的歷史。費托合成通常採用金屬催化劑,如鐵或鈷。催化劑往往被擔載在碳或二氧化矽上以最佳化其活性。所得產物主要成分是直鏈烷烴、烯烴,副產品有少量芳烴、水和二氧化碳。

2007年12月,中國化學家首次實現了在水介質中進行費托合成,比現有的費托合成過程更清潔、更高效。在全世界都面臨石油短缺的現狀下,費托合成成為各國政府能源戰略決策中的重要研發目標。

自2005年起,在國家自然科學基金的資助下,北京大學化學學院教授寇元的課題組進行離子液體和水相費托合成研究,實現了在水中用水溶性的高聚物保護2鈉米尺度的釕金屬簇催化該反應。該成果近日在《德國套用化學》上線上發表,立即引起關注,英國皇家化學會的會刊《化學世界》於2007年12月以《水相費托清潔綠色》為題作了評述,指出“中國科學家首次在水介質中實現了費托合成,這是邁向烴類燃料綠色生產的一大步”。

寇元在接受《科學時報》記者採訪時介紹,目前工業上費托合成主要採用負載金屬催化劑在漿態床等反應器中進行,這種方式有非常明顯的缺陷:能耗高、效率低、操作複雜。反應的溫度通常要達到240℃,反應後生成的油體常常與催化劑混合在一起,反應器越大,漿態反應操作越複雜。

該課題組提出的全新方法是讓反應在水體中進行,採用釕原子簇作為催化劑。這種非擔載的催化劑比通常的催化劑活性更高,因此可以在更低的溫度下使反應運行,在150℃下催化活性高出傳統的負載催化劑35倍,100℃時的活性與負載催化劑200℃時的結果相當。由於減少了反應過程中高溫導致的能耗,經濟性明顯改善。此外,由於碳氫產物不溶於水,反應後生成的油體會與水體分相,所以得到的燃料油不會被催化劑所污染。

費托合成的總的工藝流程主要包括煤氣化、氣體淨化、費托合成和產品精製改質等。合成氣中的氫氣與一氧化碳的摩爾比要求在2~2.5。反應器採用固定床或流化床兩種形式。如以生產柴油為主,宜採用固定床反應器;如以生產汽油為主,則用流化床反應器較好。近年來正在開發的漿態反應器,則適宜於直接利用德士古煤氣化爐或魯奇熔渣氣化爐生產的合成氣。鐵系化合物是費托合成催化劑較好的活性組分。寇元說,能源的利用是科學和技術問題,然而,能源的合理、有效利用則是政府的對策問題。美國在能源的每個領域占據絕對優勢,就是由於政府決策在其中起作用。

作為北京大學教授和國家自然科學基金委員會的評審專家,寇元希望在基礎研究領域能放眼於國家的長遠需求,給政府合理、有效地使用能源提供政策依據。

“我們國家面臨兩個時間限:一是沒有石油的時候,二是沒有煤的時候。”寇元說。我國石油資源並不豐富,需要大量進口,因此對煤的利用倍加重視。但是,當煤的利用造成太嚴重後果時,或是煤也耗盡時,則必然地進入後石油時代和後化石能源時代。

兩個時代有不同的任務:後石油時代的任務是合理、潔淨地利用煤,用煤來替代石油;後化石資源時代,就是怎么利用生物質。

雖然這些可能是五十年上百年之後的悲觀圖景,但基礎研究本就該著眼於50年後的未來,需要有科學家長期地持續努力。冠元認為:“科學家在能源領域的職責,就是要找到更高效更綠色的用煤替代石油的方法、更簡潔更便利地利用生物質的方法。”

重油介紹

重油是一種重要的非常規烴類燃料

烴類燃料烴類燃料——研究課題
重油是一種重要的非常規燃料,可用於填補未來10~20年的能源供需缺口。目前對美國、加拿大、委內瑞拉和俄羅斯來說,重油生產很重要。加拿大和委內瑞拉擁有豐富的重油資源。加拿大擁有1.7萬億bbl重油地質儲量,其中3000億bbl為技術可采儲量;委內瑞拉有1.2萬億bbl重油地質儲量,其中2720億bbl為技術可采儲量。目前,委內瑞拉東部有4個大型開發項目在生產重油。
加拿大和委內瑞拉擁有的重油儲量分別與沙烏地阿拉伯的常規石油儲量相當,而沙烏地阿拉伯的常規石油儲量,約占目前世界常規石油儲量的25%。表2比較了加拿大、美國、委內瑞拉和沙烏地阿拉伯擁有的石油儲量。加拿大只有50億bbl常規石油儲量,但卻擁有3000億bbl技術可采重油儲量;委內瑞拉擁有350億bbl常規石油儲量和2720億bbl技術可采重油儲量;美國目前擁有230億bbl石油儲量;而沙烏地阿拉伯的常規石油儲量約為2500億bbl。

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