И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора

 

●

 Технические науки 

 

152                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

Оспанов Қ.Т., Ж. Адилханов, Г.Н.Муханова

 

Табиғи цеолит көмегімен сарқынды су тұнбасынан ауыр металдарды алу 

Түйіндеме. Бұл мақалада Алматы қаласы аэрация бекетінің сарқынды су  тұнбасынан ауыр металдарды 

алу бойынша зертханалық тәжірбиелік зерттеу нәтижелері берілген. Тәжірбиелік зерттеулер нәтижесі боынша, 

Қазақстандағы  Шанқанай  кен  орнының  табиғи  цеолитін  сарқынды  су  тұнбасынан  ауыр  металдарды  алу  үшін 

пайдалануға  болатындығы  дәлелденген.    Ауыр  металдарды  алу,  оның  ішінде    марганец,  хром,  мырыш,  темір 

және мыс бойынша 2,4 – 47,9% аралығында.  Сонымен қатар ластаушы зат марганец боынша цеолиттің 200 мл. 

көлемінде максималды 47,9 % тиімділікке жетуге болатындығы байқалды.      

Түйінді сөздер: сарқынды су, сарқынды су тұнбасы, өңдеу, ауыр металдар, табиғи цеолит.  

 

 

Ospanov K.T., Adilkhanov Zh., G.N.Mukhanova 

 

Extraction of heavy metals from sewage sludge using natural zeolite 

Summary. This article presents the results of laboratory experimental studies on the extraction of heavy metals 

from sewage sludge of Almaty’s aeration stations. According to the results of experimental studies proved that for ex-

traction of heavy metals from sewage sludge is advisable to use natural zeolite from Chankanay field, Kazakhstan. By 

extraction  of  heavy  metals  including  manganese,  chromium,  zinc,  iron,  and  copper  extraction  pattern  is  within  2.4  - 

47.9%. At the same time pollutant manganese is the maximum effect is  observed  - 47.9% with volume of 200 ml of 

zeolite. 

Key words: The waste water, sewage water treatment, heavy metals, natural zeolite. 

 

 

УДК 662.74:552 

 

С. С. Нуркеев,  А. С.  Лаврентьев  

(Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева  

Алматы, Республика Казахстан, lavralexey92@gmail.com) 

 

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И 

ПОЛУЧЕНИЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА 

 

Аннотация: Дан обзор получения жидких моторных топлив из углеводородного сырья методом пироли-

за. Приводится описание работы пиролизных установок. Состав синтез газа и способа получения и применения 

в промышленности. Описание преимуществ пиролизных технологий и синтетического топлива. 

Ключевые слова: пиролиз, синтез газ, быстрый пиролиз, использование пиролизных технологий в зару-

бежных странах.  

 

Процессы  получения  моторного  топлива  посредством  обработки  угля  известны  давно.  В  ос-

новном  мы  рассматриваем  процессы  пиролиза.  Пиролиз (от греч.  pyr —  огонь,  жар и lysis —  разло-

жение,  распад) —  термическое  разложение  органических  соединений (древесины,  нефтепродуктов, 

угля  и прочего)  без доступа  воздуха.  При  пиролизе  образуется синтез-газ  (сингаз),  а  также  другие 

продукты. 

Процесс  пиролиза  углеводородов (800-900°С) (газовых углеводородов,  прямогонного  бензина, 

атмосферного  газойля)  является  основным  источником  получения  этилена  и одним  из главных  ис-

точников получения пропилена, дивинила, бензола и ряда других продуктов. 

При пиролизе  древесины (450-500°С)  образуется  ряд веществ  таких  как:  древесный  уголь,  ме-

тиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, смола и др.  

История получения синтетического топлива в промышленных масштабах началась с изобрете-

ния  Фишера-Тропша.  Процесс  Фишера —  Тропша  -  это химическая  реакция,  происходящая 

в присутствии  катализатора,  в которой  монооксид  углерода  (CO)  и водород  H

2

 преобразуются 

в различные  жидкие  углеводороды.  Обычно  используются  катализаторы,  содержащие  железо 

и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — это производство синтетических углеводоро-

дов  для использования  в качестве  синтетического  смазочного  масла или  синтетического  топлива. 

[1,2] 

Процесс Фишера-Тропша описывается следующим химическим уравнением: 

Первая  стадия  процесса  Фишера-Тропша  состояла  в  получении  синтез-газа  из  твердых 

углеводородов (обычно каменного угля): 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

153 

 

 

 

Для  этого  сквозь  слой  раскаленного  каменного  угля  продували  перегретый  водяной  пар. 

Продуктом  являлся  так  называемый  «водяной  газ» —  смесь  угарного  газа  (монооксид  углерода)  и 

свободного  водорода.  Далее  процесс  Фишера —  Тропша  описывается  следующим  химическим 

уравнением: 

 

 

 

 

 

Смесь монооксида углерода (угарный газ) и водорода называется синтез-газ или сингаз, встре-

чается термин «водяной газ». [2] 

Синтез-газ  —  смесь  монооксида  углерода  и водорода.  В промышленности  получают  паровой 

конверсией метана, парциальным окислением метана, газификацией угля или органических отходов. 

В зависимости от способа получения соотношение CO:Н

2

 варьирует от 1:1 до 1:3. Основные области 

использования:  получение  монооксида  углерода  и водорода,  производство  метанола,  оксосинтез, 

синтез Фишера-Тропша. 

Как правило, процентное содержание веществ в сыром неочищенном синтез-газе следующее: 

 

CO - 15-18% 

 

H

2

 - 38-40% 

 

CH

4

 - 9-11% 

 

CO

2

 - 30-32% 

Стоит  заметить,  что  данное  соотношение  является  весьма  приблизительным, поскольку  повы-

шением  температуры  в  процессе  синтеза  можно  увеличить  количество  СО,  а  увеличив  давление 

можно повысить содержание Н

2

 и СН

4

. 

Также, помимо данных веществ синтез-газ может содержать и другие вещества – инертные га-

зы  (N

2

)  и  серосодержащие  соединения  (H

2

S),  если  исходное  сырье  содержало  серу.  От  не  нужного 

присутствия  в  синтез-газе  таких  веществ  как  углекислый  газ  и  сера  избавляются  путем  очистки  се-

лективными растворителями. [4] 

Получаемые  углеводороды  очищают  для  получения  целевого  продукта —  синтетического 

бензина. Получение более тяжелых топлив методом Фишера-Тропша очень накладно из-за быстрого 

отравления катализатора. 

После  изобретения  процесса  Германскими  исследователями  Францем  Фишером  и Гансом 

Тропшом,  работавшими  в институте  Кайзера  Вильгейма  в 1920-е  было  сделано  множество  усовер-

шенствований  и исправлений  и название «Фишер-Тропш»  сейчас  применяется  к большому  количе-

ству сходных процессов (синтез Фишера-Тропша или химия Фишера-Тропша) 

Процесс 

был изобретён 

в 

бедной 

нефтью, 

но богатой 

углём 

Германии 

в 1920-е 

для производства  жидкого  топлива.  Он использовался  Японией  и Германией  во время  Второй  миро-

вой войны для производства альтернативного топлива. Годовое производство синтетического топли-

ва в Германии достигло более 124 000 баррелей в день ~ 6,5 миллионов тонн в 1944 году. [3]  

В настоящее  время  две компании  коммерчески  используют  свои  технологии,  основанные 

на процессе  Фишера-Тропша. Shell  в Бинтулу,  Малазия,  использует  природный  газ в качестве  сырья 

и производит, преимущественно, малосернистое дизельное топливо. Sasol в Южной Африке исполь-

зует  уголь  в качестве  сырья  для производства  разнообразных  товарных  продуктов  из синтетической 

нефти. Процесс и сегодня используется в ЮАР для производства большей части дизельного топлива 

страны  из угля  компанией  Sasol.  Процесс  использовался  в ЮАР для удовлетворения  потребностей 

в энергии  во время  изоляции  при режиме  апартеида.  Внимание  к этому  процессу  возобновилось 

в процессе  поиска  путей  получения  малосернистых  дизельных  топлив  для  уменьшения  наносимого 

дизельными  двигателями  вреда  окружающей  среде.  Маленькая  американская  компания  Rentech 

в настоящее  время  сфокусировалась  на преобразовании  nitrogen-fertiliser  заводов  от использования 

в качестве  сырья  природного  газа  к использованию  угля или  кокса  и жидких  углеводородов 

в качестве побочного продукта.Choren в Германии CWT (Changing WorldTechnologies) построили за-

воды, использующие процесс Фишера-Тропша или подобные процессы. 

 

●

 Технические науки 

 

154                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

Пилотные проекты разрабатываются по всему миру. На территории СНГ широко представлены 

следующие примеры пиролизной технологии: 

ООО  «ТЭК»  (Котельников  В.А.),  ОАО  «Волжский  дизель  имени  Маминых»,  ООО  «Энерго-

маш»,  «Конструкторское  бюро  Шаха»,  мини-заводы  «ПОТРАМ»,  «Русский  реактор»,  «FORTAN», 

Институт проблем материаловедения НАН Украины, КП “Укринвестпроект», КПКТ-2000 и др.  

Процесс  Фишера-Тропша —  это хорошо  проработанная  технология,  уже применённая 

в больших масштабах, хотя  её распространению мешают высокие капитальные затраты, высокие за-

траты на эксплуатацию и ремонт и относительно низкие цены на сырую нефть. В частности, исполь-

зование  природного  газа  как исходного  сырья  становится  целесообразным,  когда  использует-

ся «stranded gas», то есть источники природного газа находящиеся далеко от основных городов, кото-

рые нецелесообразно эксплуатировать с обычными газопроводами и технологией LNG. 

 

Преимущества пиролизных установок: 

 1.  Достигаются  практически  полная  утилизация  материально-энергетических  ресурсов  твер-

дых углеводородов и энергоавтономность всего технологического цикла. 

 2. Поскольку термическое разложение происходит без доступа воздуха, нет условий для обра-

зования таких токсичных соединений, как диоксин, фуран, бензапирен и др. 

 3.  Замкнутость  схемы,  компактность  оборудования  и  экологическая  чистота  определяют  воз-

можность размещения такого предприятия в черте любого города. 

 4.  Эти  установки  позволяют  получать  прибыль  за  счет  реализации произведенной  продукции 

(пар, электроэнергия) в отличие от действующих сегодня нефтяных производств.  

Синтетические  топлива,  полученные  с  помощью  высоко  технологичного  пиролиза,  обладают 

следующими преимуществами: 

•  Синтетические  топлива  совместимы  с  существующими  двигателями,  нет  необходимости  в 

модификации двигателя. 

•  Синтетические  топлива  совместимы  с  обычным  дизельным  топливом  (сравнимой  плотности 

энергии,  может  быть  смешан  с  нефтяным  дизельным  топливом,  может  транспортироваться  в  виде 

жидкости в существующей нефтяной инфраструктуре). 

• Топлива могут быть разработаны, чтобы иметь очень хорошие свойства для обоих характери-

стик двигателя и выбросов. 

• Синтетические топлива могут быть использованы в чистом виде или в качестве ценного сме-

шивания, чтобы улучшить свойства нефтяных топлив. 

• Содержание серы практически равна нулю, что делает синтетическое топливо, совместимым с 

различными серо чувствительных технологий нейтрализации отработанных газов, таких как NO

X

 ад-

сорберов или каталитических фильтров частиц. [5] 

 

Существуют большие запасы каменного угля, которые могут быть использованы в качестве ис-

точника топлива по мере истощения запасов нефти. Так как в мире имеются большие запасы камен-

ного угля, эта технология может быть временно использована, если обычная нефть станет дороже.  

Синтетическое  топливо,  произведённое  из угля,  конкурентоспособно  при цене  на нефть  выше 

40 долл.  за баррель  в  ценах  2005  года.  Капитальные  вложения,  которые  при этом  надо  произвести, 

составляют от 7 до 9 млрд долл. за 80 тыс. баррелей мощностей по производству синтетического топ-

лива из угля. Для сравнения, аналогичные мощности по переработке нефти стоят около 2 млрд долл.  

Для  пиролизных  установок  нет  необходимости  строить  капитальные  сооружения  и  высокие 

дымовые трубы. Установки могут монтироваться  под навесом или в ангарах легкого типа на бетон-

ном основании.  

Китай  планировал  инвестировать  15 млрд  долл.  до 2010-2015  гг.  в строительство  заводов 

по производству 

синтетического 

топлива 

из угля. 

Национальная 

Комиссия 

Развития 

и Реформ (NDRC)  заявила,  что суммарная  мощность  заводов  по сжижению  угля  достигнет 

16 млн тонн  синтетического  топлива  в год,  что составляет  5 %  от потребления  нефти  в 2005  году 

и 10 % импорта нефти. 

По  мнению  производственников,  фактически  запускавших  пиролизные  пилотные  установки  - 

по  процессу  Фишера  —  Тропша из  угля  получается  не  бензин,  а  газойль  с  октановым  числом  при-

мерно в 40, что при заливке в современный двигатель, приведет к его поломке.  Повышение октано-

вое  число,  до  приемлемых  92  -  х, на  данном  уровне  развития  сил  затрудненно.  С  позиции экологии 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

155 

 

защиты  окружающей  среды  и  охраны  труда  получение  газойль  обладает  еще  одним  побочным  эф-

фектом из-за высокой степени испарения газойль успевал испарится на 30% за 5 мин, при -10 

o

С. Та-

ким образом, на выходе получается не классический бензин, а жидкость по свойствам близкая к ке-

росину. В то время можно получить дизель с высоким цетановым числом. Тем не менее использова-

ние кобальтового катализатора, перечеркивает все достоинства этого метода. Наиболее популярный и 

дешевый способ синтеза, происходит по процессу Фридриха Бергиуса. Собственно, у него те же про-

блемы,  что  и  у  первого  способа,  только  используется  железный  катализатор.  И  в  целом,  выход  ди-

зельной фракции, пусть и высокого качества составляет относительно малую долю. При этом затраты 

на доведение газойля до приемлемых октановых чисел, затраты на катализаторы, очистку, являются 

существенными. Высоко рентабельной технологии по замене нефти на уголь не существует. 

Кроме  того,  технологии  переработки  угля  в жидкое  топливо  порождают  множество  вопросов 

со стороны экологов. Наиболее серьёзной является проблема выбросов углекислого газа. Последние 

работы  Национальной  лаборатории  по возобновляемым  источникам  энергии  США (National 

Renewable  Energy  Laboratory)  показали,  что в полном  цикле  выбросы  парниковых  газов 

для произведённых  из каменного  угля  синтетических  топлив  примерно  вдвое  выше  своего  основан-

ного  на бензине  эквивалента.  Выбросы  прочих  загрязнителей  также  сильно  увеличились, 

тем не менее, многие из них могут быть собраны в процессе производства. Захоронение углерода бы-

ло  предложено  в качестве  способа  уменьшения  выбросов  оксида  углерода.  Закачка  CO

2

 в нефтяные 

пласты позволит увеличить добычу нефти и увеличить срок службы месторождений на 20-25 лет, од-

нако использование данной технологии возможно лишь при устойчивых нефтяных ценах выше 50-55 

долл.  за баррель.  Важной  проблемой  при производстве  синтетического  топлива  является  и высокое 

потребление  воды,  уровень  которого  составляет  от 5 до 7 галлонов  на каждый  галлон  полученного 

топлива. [1] 

Быстрый пиролиз – это взрывная термическая деструкция измельченных до миллиметра и под-

сушенных частиц органических отходов с получением новых веществ. Низкотемпературный пиролиз 

производится при температуре 500-850 градусов. Он позволяет получить топливо из бурого угля, ила, 

нефти, сланцев, торфа, отходы нефтехимии, отработанных масел и смазок – все виды углеродосодер-

жащих измельчённых отходов, не содержащих стекла, металла и твёрдых минералов. При этому по-

лучаются  чистый  синтез-газ,  тепло,  электроэнергия,  синтетические  нефтепродукты  с  разделением 

продуктов на фракции (жидкая, твердая, газообразная), ценный высокоуглеродистый остаток, анало-

гичный коксу и активированному углю. 

Установки  быстрого  пиролиза являются  очень  перспективным  и  финансово  выгодным  видом 

промышленного 

оборудования, 

позволяющим 

обеспечить 

энергетическую 

независимость 

практически  любого  предприятия  или  жилого  сектора  от  наружных  сетей  по  подаче  тепла  и 

электроэнергии. 

Быстрый  пиролиз  является  самым  эффективным  способом  утилизации  органического  сырья  с 

извлечением дешёвых энергоносителей. Именно быстрый пиролиз без подачи кислорода позволяет в 

процессе абляции преобразовывать одно вещество в целый набор других с качественно иными энер-

гетическими показателями. [6] 

Окупаемость до 2 лет, рентабельность до 60%. Стоимость получаемого тепла и электроэнергии 

вдвое меньше существующих тарифов централизованных энергосистем. 

Современное  использование  пиролизных  технологий  получения  моторного  топлива  в  Казах-

стане затруднено из-за неустойчивости нефтяного рынка и резкого снижения цен на нефть с третьего 

квартала  2014  года,  недоработки  технологий  со  стороны  ученых  коллективов  бывшего  СССР  и  со-

временной КНР. Готовые технологии дальнего зарубежья сосредоточены на (в первую очередь) эко-

логическом  эффекте  вследствие  ужесточения  соответствующего  законодательства  в  развитых  стра-

нах.  Средние  капитальные  затраты  на  тонну  произведенного  сырья  для  пиролизных  способов  полу-

чения электроэнергии и моторного топлива намного выше, чем стандартные капитальные расходы на 

тонну переработанной нефти. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

[1] Сайт национальной биотопливной ассоциации -http://www.bioethanol.ru/second_generation/Pirolys/ 

[2] Сайт Википедии - https://ru.wikipedia.org/wiki/Пиролиз 

[3] Сайт Energy.gov - http://www.fe.doe.gov/aboutus/history/syntheticfuels_history.html 

 

●

 Технические науки 

 

156                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

[4] Сайт  Переработка  мусора  инвестиции  в  будущее  –  http://ztbo.ru/o-tbo/stati/gaz/sintez-gaz-sposobi-

polucheniya-proizvodstvo-sostav-i-primenenie 

[5] Сайт DieselNet - https://www.dieselnet.com/tech/fuel_syn.php 

[6] Сайт цивилизация – М - http://civilization-msk.ru  

жүктеу/скачать 51,43 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: