Первичные энергетические ресурсы с точки зрения возможности их использования для получения моторных топлив могут быть разделены на две большие группы. К первой следует отнести ПЭР, которые могут быть непосредственно использованы для производства топлив. Они включают все горючие ископаемые и биомассу. Ко второй группе относят остальные первичные энергоресурсы, которые не могут быть использованы для непосредственного производства топлив, но способствуют расширению сырьевой базы для их получения. Влияние этих энергетических ресурсов сказывается опосредственно, через экономию органических топлив, замещаемых альтернативными видами энергии. Например, атомная электростанция мощностью 1000 МВт позволяет ежегодно экономить около 2 млн. т органического топлива в условном исчислении, которое может быть использовано для производства моторных топлив. Аналогичным приме ром может служить и использование возобновляемых источников энергии — солнечной, ветровой, гидро- и геотермальной, замещающих органическое топливо в производстве электрической или тепловой энергии. Производство дешевой электрической энергии на основе возобновляемых ПЭР может способствовать ускорению темпов внедрения электромобилей при успешном техническом обеспечении аккумуляции электроэнергии на их борту.
Проблема энергообеспечения транспорта может быть решена при создании и внедрении высокотемпературных газоохлаждаемых ядерных реакторов. Широкое применение таких реакторов связывают с осуществлением атомно-водородной энергетической концепции, предусматривающей крупномасштабное производство электроэнергии и водорода с использованием последнего в качестве транспортного топлива, а также для других энергетических и сырьевых нужд народного хозяйства.
На Международной конференции по энергетическим ресурсам, состоявшейся в 1979 г. в г. Монреаль (Канада), к «традиционным» источникам углеводородов были отнесены залежи легких и средних нефтей, природные газы и содержащиеся в них конденсатные жидкости, а к «нетрадиционным» — скопления тяжелых нефтей и твердых битумов-—от асфальта до керита, а также жидкие и газообразные углеводороды, которые можно получать из углей, битуминозных песчаников, горючих сланцев, газогидратов, зон геодавлений, биомассы, торфа, промышленных и городских отходов |[5]. В связи с тем, что ряд используемых понятий не имел достаточно четкого определения, на XI Мировом нефтяном конгрессе была предложена единая классификация всех типов природных углеводородов [6]. В качестве основных классификационных параметров для всех источников углеводородов, встречающихся в природных резервуарах, были приняты агрегатное состояние, плотность и вязкость и рекомендованы следующие определения:
петролеум — природная смесь преимущественно углеводородного состава, существующая в газообразном, жидком или твердом состоянии; это общий термин, относящийся ко всем смесям природных углеводородов;
углеводороды ¦— представляют собой химические соединения, состоящие целиком из водорода и углерода; они включают нефть, природный газ и природные смолы;
нефть или сырая нефть — это та часть природных углеводородов, которая существует в жидком состоянии в пластовых условиях в природных резервуарах и остается жидкой при атмосферных температурах и давлении; ее вязкость в обычных условиях не превышает 10 000 мПа-с.
Для подразделения сырой нефти на легкую, среднюю и тяжелую рекомендуется четкое указание диапазонов плотности. Верхний предел при этом задается плотностью воды при 4 °С (1000 кг/м3 или 10°АНИ). Нефть плотностью выше этого уровня считается сверхтяжелой, а для остальных типов нефтей принято следующее деление по плотности: тяжелая нефть— 1000—¦ 920 кг/м3 (10,0—22,3°АНИ), средняя нефть — 920—870 кг/м3 (22,3— 31,ГАНН) и легкая нефть—менее 870 кг/м3 (более 33,1°АНИ).
Природный газ — это та часть природных углеводородов, которая существует в газообразном состоянии или растворена в нефти в пластовых резервуарах и представляет собой газ при атмосферных температурах и давлении.
Газоконденсатные жидкости — представляют собой ту часть природного газа, которая в пластовых условиях в природных резервуарах существует в газообразном состоянии либо растворена в нефти и переходит в газообразное состояние в процессе добычи, но на наземных установках превращается в жидкость.
Природные смолы — это та часть петролеума, которая существует в естественных залежах в полутвердом или твердом состоянии. Их вязкость в пластовых условиях превышает 10 000 мПа-с. Перед переработкой природных смол требуется их специальная предварительная обработка. К природным смолам относятся прежде всего природные битумы.
Исходя из сложившейся структуры сырьевой базы к традиционным ресурсам для производства моторных топлив следует отнести углеводороды, характеризуемые понятием «сырая нефть», но включающие только легкие и средние ее виды.
К альтернативным ресурсам (нетрадиционным) для непосредственного производства моторных топлив могут быть отнесены следующие: тяжелые нефти, промышленная технология добычи, транспорта и переработки которых в настоящее время не полностью отработана либо неконкурентоспособна по сравнению с имеющимися технологиями для обычных нефтей при существующих уровнях затрат; природные битумы во всех их разновидностях и проявлениях; каменные и бурые угли; горючие сланцы; природный (естественный) газ; вторичные ресурсы, включающие сжиженный газ (углеводороды С3—С4), получаемый при переработке нефти, природного и попутного газов, а также коксовый, доменный, генераторный газы и др.; биомасса (древесина, морские водоросли, сельскохозяйственные культуры и отходы их переработки и использования и т. п.).
Альтернативные сырьевые ресурсы по своему характеру многофункциональны. Это проявляется в выборе технологии для одного и того же сырья и получении различных видов топлив, а из сырья различных видов — одного и того же топлива. Возможные направления переработки основных ископаемых энергетических ресурсов в моторные топлива показаны на рис. 1.1. Рис. 1.1. Основные направления переработки ископаемых видов сырья в альтернативные моторные топлива -*-
Под альтернативными моторными топливами следует понимать получаемые из нетрадиционных видов сырья жидкие и газообразные топлива, которые могут быть использованы в мобильных энергоустановках транспорта, сельского хозяйства, промышленности, строительства, коммунального хозяйства.
К таким мобильным установкам относятся карбюраторные автомобильные и поршневые авиационные двигатели, быстроходные автотракторные, тепловозные и судовые дизели, средне-и малооборотные дизели, турбовинтовые и турбореактивные двигатели авиационной техники, газотурбинные установки водного транспорта.
По физико-химическим свойствам и условиям хранения на борту транспортных средств альтернативные моторные топлива могут быть разделены на три группы [13].
1. Топлива на нефтяной основе с добавками ненефтяного происхождения в виде кислородсодержащих соединений (спиртов и эфиров, водно-топливных эмульсий); по эксплуатационным свойствам они близки к нефтяным дистиллятным топливам.
2. Синтетические (искусственные) жидкие топлива, идентичные (или близкие) по свойствам традиционным нефтяным топливам и получаемые при переработке жидкого, газообразного или твердого сырья. В эту группу могут быть отнесены бензины, реактивные, дизельные и газотурбинные топлива, полученные из тяжелых нефтей, природных битумов, угля, горючих сланцев, бензины, полученные из метанола в процессе «Mobil», а также топлива, полученные прямым синтезом из СО и Н2. Сюда же можно было бы отнести и нефтяные моторные топлива, получаемые в процессах термокаталитической переработки нефтяного сырья, осуществляемой с целью увеличения их выхода из нефти или улучшения качества, однако во избежание осложнения в терминологии целесообразно считать такие топлива традиционными или нефтяными.
3. Ненефтяные топлива существенно отличающиеся по физико-химическим и эксплуатационным свойствам и (в отдельных случаях) по агрегатному состоянию от традиционных. К этой группе могут быть отнесены спиртовые топлива, применяемые в чистом виде (метанол, этанол и их смеси с высшими спиртами), а также газообразные топлива — природный компримированный (сжатый) газ, природный сжиженный газ, сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан), аммиак, водород, генераторный и другие искусственные газы.
В связи с незначительными изменениями, а в ряде случаев и сохранением технико-эксплуатационных характеристик автомобилей, при использовании альтернативных топлив первых двух групп целесообразность и эффективность их применения определяются ресурсной базой и технико-экономическими показателями производства топлив. Для использования топлив третьей группы необходимо модифицировать двигатели и использовать специальные бортовые системы хранения. Так, природный газ можно хранить на борту транспортного средства в сжатом виде под давлением 20 МПа или в жидком виде в криогенных емкостях, водород — в жидком виде или в составе ме-таллогидридов и т. д. Таким образом, эффективность применения топлив данной группы определяется технико-экономическими показателями как процессов производства топлив, так и транспортного процесса. Кроме того, применение этих топлив требует создания специальной распределительной сети.
В самостоятельную группу выделяют добавки ненефтяного происхождения — спирты, природный газ, водород и др. — с автономной, раздельной от основного нефтяного топлива подачей в двигатель (что требует дооборудования силовой установки и наличия двух топливных баков). Эффективность использования топлива в подобных системах определяется, наряду со стоимостью топлив, технико-экономическими показателями транспортного процесса и затратами на дооборудование энергосиловой установки.
Для правильной оценки эффективности системы «топливо — двигатель» с учетом предложенной классификации наряду с определением эффективности производства топлив необходимо учитывать и комплекс технологий и затрат, связанных с применением альтернативных топлив и их совместимостью с двигателем.
⇐Характеристика и классификация первичных источников энергии | Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов | Экономическая оценка сырьевой базы⇒