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什么是合成燃料?合成燃料是如何产生的?

来源:
2023-01-13
类别:基础知识
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文章创建人 拍明

 

  

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  南非的这家煤制油燃料厂是世界上最大的合成燃料设施。它也是地球上最大的二氧化碳排放者。

  佩尔-安德斯·彼得森/盖蒂图片社关于能源独立的讨论, 可再生能源 和危险 碳排放 已经成为美国政治话语的重要组成部分。来自 总统 对于在公开抗议活动中举着“不为石油而战”标志的人来说,他似乎对寻找化石燃料替代品的方法感兴趣。但并非所有替代品都是平等的。有些对环境更好;有些不是。有些是可再生能源;有些不是。 合成燃料即 合成燃料,只是解决发展中的能源危机的众多解决方案之一。

  但是,在这种情况下,术语“合成”可能会产生误导。这并不一定意味着燃料是不自然的或人造的。美国能源情报署将合成燃料定义为“由煤生产, 天然气 或生物质 原料 通过化学转化“[来源: 美国能源信息署].这种转化产生的物质在化学上与原油或加工燃料相同,但通过人工手段合成。常规原油自然存在于环境中,用于生产汽油和柴油等各种燃料。合成燃料原料,用于制造合成燃料的原材料,必须经过剧烈的化学和物理变化才能用作原油或加工燃料。

  合成燃料的历史比你想象的要久远,尽管近年来研究和开发已经达到顶峰。合成燃料于1923年在德国首次研究,当时两位科学家开发了一种称为 费托反应.他们以自己命名的这个过程涉及将气体转化为液体燃料。虽然有菲托工艺的替代品,但它是当今制造合成燃料的最广泛测试和广泛使用的方法。

  从历史上看,合成燃料在第二次世界大战德国首次广泛用于为军用车辆提供燃料。轴心国有限的石油储量使合成选择成为必要的替代方案[来源: 贝克尔].在1970年代,在广泛的石油短缺中,美国对合成燃料进行了大量研究。这项研究最终有所下降,但最近又出现了一次高峰,因为对能源独立和可持续性的担忧已成为重要的政治话题。其他国家则更广泛地使用合成燃料。例如,在南非,由煤和天然气制成的合成燃料30年来一直是石油经济的重要组成部分。

  要了解不同类型的合成燃料以及每种合成燃料是如何生产的,请继续阅读。

  合成燃料是如何产生的

  

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  油砂含有一种通过露天采矿提取的石油形式。

  维罗妮克·德·维格里/盖蒂图片社要了解如何将各种原料转化为液体合成燃料,您首先需要了解燃料的工作原理。 油,以及类似 汽油 由油制成,由称为碳氢化合物的有机分子长链组成(因为它们含有氢和碳)。当这些碳氢化合物燃烧时,它们会分解并释放能量,这些能量用于为燃料 发动机 在汽车、卡车、 飞机等。大多数有机物质,包括石油、煤炭、天然气、植物废物和污水,都含有碳氢化合物。今天的发动机设计用于使用汽油等石油衍生燃料。为了使合成燃料在这些发动机中工作,它们的碳氢化合物必须进行重组,使它们类似于石油和石油产品中的碳氢化合物。

  合成燃料基本上有两类, 合成原油 (合成原油),和 费托液体.第一类包括用于生产的原料和工艺 合成原油,或合成原油。合成原油可用于与传统原油相同的目的。它被用作原料。像传统原油一样,合成原油必须经过精炼和加工,以制造各种形式的石油基商业燃料,如 柴油、汽油和 煤油.

  三种最受欢迎的合成原油来源是 超重油, 油页岩 和 油砂.这些材料中的每一种都像传统油一样自然存在,但它们具有不同的物理性质和杂质量。例如,油页岩是一种岩石,并且 油砂 是沙子和含油物质的柏油混合物 沥青.这些合成原油原料暴露于不同水平的热量、压力和物理操作下,以生产出与天然原油具有相同碳氢化合物排列的物质。

  加工合成原油原料往往会损害环境。由于它们比原油需要更多的加工,因此会产生更多的一氧化碳2 排放物和其他污染物[来源: 美国内政部].此外,收集原料通常涉及有害的环境实践,如露天采矿。合成原油燃料作为石油替代品的一个优势是,世界上有大量未开发的超重油、油页岩和油砂储量。当然,就像石油一样,这些资源是不可持续的。它们最终也会用完。

  费托合成燃料

  第二种合成燃料,通常称为费托液体,使用可以直接转化为商业上可行的液体燃料的原料,基本上跳过了合成原油步骤。用于生产费托合成燃料的最常见原料包括 天然气, 煤 和 生物量 (植物和植物废物)。在F-T合成中,原料受到非常高的热量 - 1,900华氏度(1,037.7摄氏度)或更高 - 以及产生一氧化碳和氢气混合物的压力,称为 合成气 (或 合成气) [来源: 范比伯].该过程的这一步使费托液体燃料比原油或合成原油生产的燃料清洁得多。合成气过滤掉后,可以很容易地从气化炉中去除重金属等杂质。碳和硫等气体可以被过滤掉,这样它们就不会在燃料燃烧时成为污染物。

  接下来,将合成气冷凝成液体形式。再次置于高温和高压下,将催化剂引入工艺中,通常是含有铁或钴的化合物。催化剂触发氢气和一氧化碳之间的化学反应,产生长链的碳氢化合物。不同的催化剂可以产生不同的烃结构。然后将这些碳氢化合物冷却并冷凝成液体形式,并过滤。随着合成形式的 柴油 燃料或 汽油,费托合成可生产工业润滑油, 煤油 等产品。

  与合成原油产品相比,费托液体燃烧得更干净。这些合成燃料几乎没有颗粒物排放,比传统燃料含有更少的氮氧化物,一氧化碳排放更少[来源: 美国环境保护署].当然,从长远来看,那些使用可再生资源作为原料(如生物质)的合成燃料比那些使用化石燃料作为原料的合成燃料对环境更好。

  美国政府在合成燃料方面拥有既得利益,因为它拥有丰富的煤炭、天然气和工厂废物等原料。仅考虑一种合成燃料,美国境内估计有1.3亿吨未使用的生物质可用于生产合成燃料[来源:煤制油联盟]。因此,美国军方和其他政府机构近年来一直在推动研究合成燃料。中国和德国等其他国家最近也在探索合成燃料技术方面进行了投资[来源: 美国能源信息署].虽然合成燃料技术很有前途,但它的生产成本比石油汽油高得多。因此,除非油价大幅上涨,否则它很可能不会取代石油。


责任编辑:David

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