Почему моторное масло из природного газа лучше, чем из нефти. Смазка из природного газа – технологии будущего Производство моторного масла из природного газа
Про технологию производства
Скажу так — концерн «Шелл» научился делать моторное масло из природного газа! Для простого обывателя звучит, как фантастика — знаю, однако такая технология уже существует несколько десятков лет, это так называемый процесс синтеза Фишера - Тропша, толком ее применить для создания одновременно топлив и базовых масел в промышленном масштабе еще ни одному производителю не удавалось. И вот реально это удалось только «Шелл», еще в 1970 года концерн начал работать в направлении технологии Gas – TO – Liquid (газ в жидкость), что сокращенно можно назвать GTL.
Получение из газа жидкого базового масла начинается с окисления метана — вы получаете угарный газ и водород, это так называемый синтез газ – «маленькие молекулы», однако это еще не конечный продукт. После этого, эти маленькие молекулы можно выстраивать в цепочки (если грубо выразится это как нанизывать бусинки на ниточку), реально долгий и сложный процесс – конечный продукт из газа, так называемый – «базовый» вариант. Но это опять не то масло, которое мы льем в двигатель нашего с вами автомобиля. Финальный продукт получается путем добавления в него присадок. От себя замечу – меня удивила прозрачность этого базового масла, буквально как вода, это и есть масло по технологии Shell Pure Plus. Вот небольшие фото.
Вы можете задать справедливый вопрос – а зачем вообще придумывать велосипед, делать масло из газа? Ведь остальные производители делают из нефти и вроде бы все у них хорошо?
Справедливый вопрос – причин такого, не побоюсь этого слова, «технического скачка», несколько.
Во-первых , газ добывается не в Германии или еще где-то в Европе, а получают его в Катаре, возить газ от туда в Европу очень дорого и экономически не обосновано. А вот производство базового масла и жидких топлив на мощностях крупнейшего завода (Pearl GTL), построенного «Шелл»в Катаре, вполне себя окупает.
Во-вторых , базовое масло получается очень чистым (чище чем у конкурентов которые базируются на нефти), в момент нашей экскурсии по лаборатории, была произнесена такая фраза, что если его очистить еще немного (буквально два цикла), то его можно будет применять чуть ли не в косметике! Я уже молчу про двигатели автомобилей.
Так что, как видите, вполне обоснованная технология. Причем «Шелл» старается идти в ногу со временем, вкладывая в различные инновационные технологии около 1 миллиарда долларов в год! Наверное, вам интересно посмотреть, как получают сам продукт из газа – однако в нашем исследовательском центре этого не было, да и если честно — то в Катаре, навряд ли бы нам разрешили снимать, ведь технология уникальна, а конкуренты не дремлют.
Получение готового продукта
Вот мы и подошли к получению готового моторного масла (я имею в виду с присадками). В исследовательском центре есть свой собственный мини-завод по производству масел. Здесь производят масла (в ограниченных объемах) для премиальных брендов, таких как Ferrari, а также для болидов «Формулы 1». Смешивание происходит в очень точных пропорциях: в базовое масло (то прозрачное что на фотографиях сверху), добавляются секретные присадки (нам даже их снимать запрещали, когда мы проходили через склады). Пропорция примерно – 3 части масла и 1 часть присадок (на фото две баночки с присадками, но реально из каждой берется по половине).
В итоге получается всем нам знакомое слегка коричневатое масло. Поэтому прозрачность масла теряется (все дело в присадках, которые окрашены)! Вот небольшое видео, в котором я разложил пропорцию.
Смешение в маленьких тюбиках это одно, а вот как происходит смешение в больших резервуарах? Тут ребята также «комар носу не подточит», нам удалось побывать в цеху приготовления масел именно для «формулы 1». Каждая партия масла, если можно так выразиться — именная, то есть готовит один специальный сотрудник.
В базовое масло из бочек добавляется строго определенное количество присадки, причем они закреплены на специальных электронных весах.
В нашем случае нужно было добавить 36 килограмм на цистерну. В общем, словами не расскажешь, смотрим ролик, там более понятно!
На промышленных производствах точность смешения тоже тщательно контролируется, потому как практически все делает автоматика — за качество можно не беспокоиться.
Далее идет банальный процесс упаковки масла в канистры, аналогично такое масло маркируется Shell Pure Plus. Таким образом, пройдя длинную цепочку от газа до базового состава, а затем добавления присадок, упаковка, Shell Helix Ultra попадает в наши с вами двигатели.
Про интервал и замену
Знаете ребята, немцы все же достаточно тактичный народ, как я не пытался вывести заведующего лабораторией на откровенные высказывания, что-то типа – наше масло лучшее и ВСЕ! Такого они не говорят, хотя реально технология уникальная и продукт действительно стоящий – как я уже писал в статье про «Приору» — «цена – качество».
Но все же меня интересовали такие аспекты как интервал замены! Чем же все же лучше масло, созданное по технологии Shell Pure Plus и возможно ли на нем ездить более 15 000 километров?
Ответ был такой – как сказал нам руководитель лаборатории, нужно менять масло, чем чаще – тем лучше (будете менять каждые 5000 километров, двигатель вообще не будет знать ни отложений, ни износа). C маслом Shell Helix Ultra с технологией Pure Plus, можно гарантировано проездить 15000 километров в наших с вами тяжелых условиях эксплуатации, а при интервале замены в 10000 километров загрязнение двигателя уменьшается в разы. То есть простыми словами масло дает нужную защиту и обеспечивает чистоту деталей двигателя в рекомендованный многими производителя интервал (тут хочу заметить — что некоторые масла других брендов плохо ходят от замены до замены, поэтому их желательно менять чаще). Но больше 15000 даже с таким чистым маслом в российских условиях не рекомендуется ездить, нужно менять. В Европе интервалы замены масел, конечно, больше. Там то же самое масло применяют с интервалами до 30 000 км. Вот небольшой ролик, в котором я постарался задавать вопросы руководителю лаборатории.
Что хочется отметить в заключении про эту технологию, ребята ведь реально сейчас у других производителей даже близко нет таких разработок! Можно сказать, что компания сделала шаг вперед, оставив позади своих основных конкурентов.
ПАО масла или моторные масла сделанные на основе синтеза попутных нефтяных газов, принадлежат к разряду классической синтетики. Пришли они в гражданское применение из авиации, ведь наверху под куполом неба не слишком тепло, хоть и немного ближе к солнцу. Поэтому и требовалось, что бы смазочные материалы не только выдерживали нагрузки, но и не замерзали на большой высоте. Для этого как нельзя, более лучше, подходит ПАО база или ПолиАльфаОлефиновое базовое масло.
ПАО база имеет большие преимущества перед маслами на минеральной основе. Она выдерживает огромные нагрузки, высокие обороты, попадание топлива практически без ухудшения качества масла, очень долго сохраняет все свои основные технические параметры, прекрасно выдерживает термические нагрузки. Но ко всем достоинствам всегда есть какой нибудь недостаток, при всех своих замечательных свойствах ПАО база практически не в состоянии растворить в себе присадки. Для растворения присадок в ПАО маслах используют минеральную базу, с которой присадочный комплекс прекрасно смешивается. Так что не бывает в мире ПАО масел состоящих только из синтетики, в любом случае какой о процент минеральной основы присутствует.
Еще одно неприятное свойство ПАО базовых масел или масел 4-ой группы, это низкая полярность или практически ее отсутствие. То есть молекулы ПАО масла не «прилипают» к металлическим поверхностям и после выключения могут спокойно стремиться стечь в картер. Также не очень хорошо относятся к резинотехническим уплотнителям в виде сальников и прокладок. Для борьбы с подобным явлением используют специальные вещества, которые придают определенную полярность молекулам масла, укрепляя пленку и придавая свойства «прилипания» к металлу. Как правило, раньше для этих целей использовали представителей 5-ой группы базовых масел, так называемые сложные эфиры или эстеры. Эстеры даже в небольшом количестве существенно влияют на свойства ПАО базового масла и избавляют его от вышеописанных недостатков. На сегодняшний день, многие производители переходят на алкалированные нафталины. По сути, они так же как и эстеры избавляют ПАО базовое масло от недостатков, но это более современное поколение присадок. Таким образом классическое синтетическое масло – это масло в базе которого содержится большой процент ПАО базового масла.
Но синтетикой сейчас называют не только моторное масло, сделанное на ПАО основе, а и масло сделанное из сырой нефти путем глубокой очистки и химического катализа. Это производное HC синтеза -Гидрокрекинговое моторное масло. Гидрокрекинговое автомобильное масло отличается во – первых, более низкой ценой, а во – вторых, своими преимуществами и своими недостатками, которые как и в ПАО маслах являются зеркальным отражением достоинств. По сути, гидрокрекинг долгое время относили к минеральным маслам высокой степени очистки и это верно, ведь сделано оно именно из минеральной основы.
Но в 1999 году произошло историческое событие в виде решения американского суда по иску Exxon Mobil к Castrol. Тем кто не знал, а думаю таких большинство, поясню. Кастрол стал писать на своих канистрах с гидрокрекинговыми маслами, слово «Synthetic», чем вызвал возмущение специалистов Mobil. Произошло знаменитое противостояние между двумя достойными производителями. Решение суда подивило многих и по сути внесло исторические изменения на рынок смазочных материалов. В вольном переводе оно гласило, что надпись на канистре «Синтетика» это вопросы маркетинга, а вовсе не вопросы технического описания товара. После этого решения взошла звезда Гидрокрекинга на рынка синтетических продуктов. Масса компаний стали называть синтетикой продукты гидрокрекинговой очистки базового масла. Ну а так как технология производства более недорогая, нежели процесс синтеза из газа, то и цена такого продукта стала огромным конкурентным преимуществом, перед классической синтетикой на ПАО. Рынок смазочных материалов наполнился канистрами с надписями «Full Synthteic», «100% Synthetic», «Synthetic», которые по своему составу были смесью 3-й группы гидрокрекинговых базовых масел и второй или первой группой минеральных масел, но формально это была синтетика. Если не ошибаюсь, то по нашему стандарту достаточно 37% гидрокрекингового масла, что бы продукт мог называться синтетическим. В целом гидрокрекинговые масла вплотную по своим свойствам приблизились к ПАО маслам и по сути уже смело могут называться синтетикой, но есть ряд технических особенностей благодаря которым, ПАО базовые масла останутся недостижимым уровнем для гидрокрекинговой базы, по крайней мере на данном уровне технического развития химической отрасли.
Итак, мы знаем, что синтетическим автомобильным масло может называться, как классическое ПАО масло, так и продукция сделанная из нефти или гидрокрекинговое масло. С недавних пор, в кагорту синтетики пришла еще одна новая – старая технология, а именно GTL или Gas to Liquid. GTL базовые масла это продукция сделанная путем синтеза природных газов. Несмотря на то, что сделано оно из газа, но по международной классификации все же относится к 3-й группе базовых масел и имеет обозначение VHVI+. Моторные масла на GTL базовом масле это по сути компромисс по всем параметрам между достоинствами ПАО и гидрокрекинговых базовых масел. GTL технологии удалось впитать в себя большинство достоинств ПАО и гидрокрекинга и практически избежать их недостатков. Сама GTL технология известна давно, например в годы Второй мировой войны немецкие химики с ее помощью делали синтезированное горючее для боевой техники, по сути из подручных материалов. Но эта технология была достаточно дорога в использовании и не получала до недавнего времени широкого применения. Пионером на глобальном рынке можно по праву считать концерн Shell и его «дочку» Pennzoil. Обкатав на американском рынке и усовершенствовав составы Шелл построил огромный завод в Катаре на объем более миллиона баррелей GTL масла в год, что позволяет не только закрывать собственные потребности в маслах этой группы, но и продавать для сторонних производителей. Да и цена самой базы стала более демократичной, что позволяет ее применять без страха существенного повышения розничной стоимости готового продукта.
Как быть простому автолюбителю при выборе синтетики? Здесь все зависит от условий эксплуатации. В большинстве случаев при правильном подборе по вязкости и допускам можно ограничиться «бюджетной», но качественной гидрокрекинговой синтетикой. Если же вашему автомобилю приходиться работать в условиях, которые большинство назовут суровыми или экстремальными, то выбор однозначно за ПАО синтетикой или автомобильными маслами на GTL базе.
Автомобильные технологии постоянно развиваются, а в связи с ужесточением экологических норм, это происходит еще быстрее. Так благодаря контролю организаций по охране экологии производители моторных масел усовершенствовали свое производство и научились делать экологически безопасное смазочное средство для современных автомобилей из природного газа. Такие масляные жидкости обеспечивают такую же эффективность работы двигателя и обладают такими же свойствами, как и нефтяные аналоги смазок.
Термин «природный газ» подразумевает смесь разнообразных газов внутри недр земляной коры, которая образовалось посредством разложения органических веществ, не имеющих доступа к кислороду. В большинстве природный газ, это метан (примерно 98%), он и является основой для создания моторного масла.
Подстегнуло компаний производителей начать использовать газовое сырье не только в связи с ужесточением норм, но и из-за постоянного повышения цен на нефть. Но это всё дало толчок в развитии высоких технологий и способов производства моторных масел.
Самой крупной компанией по созданию и продаже моторных масел на основе природного газа является голландский производитель Shell, который уже давно является крупным игроком на автомобильном рынке смазочных средств.
Технология производства
Всем известен тот факт, что газ это не жидкость, но каким образом тогда из него делают смазочный жидко-образный продукт? Помогло в решении этого вопроса свойства метана при окислении – он разделяется на два вида молекул: угарный газ и водород. После этого на молекулярном уровне производится соединение «базы». После этого для получения финального продукта, в «базовый состав» добавляются различного рода присадки, которые и делают из газового вещества жидкую прозрачную смазку.
Но прозрачный смазочный материал не является готовым маслом – он еще не может работать в двигателях современных автомобилей. Для окончательного результата в моторное масло из природного газа добавляют окрашенные присадки, которые и дают коричневый цвет составу.
Достоинства газовых смазок
Инновационные масляные смазки, сделанные из природного газа, производятся под постоянным контролем специалистов. В связи с этим их модернизация происходит после выпуска каждой новой партии, поэтому смазка из газа обладает большим количеством преимуществ перед нефтяными аналогами. Кроме того исходный материал легче и чище. Давайте рассмотрим основные достоинства масла из природного газа:
Улучшение чистоты двигателя – в технологиях производства инновационных масел использую эффективные технологии моющих активных присадок, например Active Cleansing Technology. Это позволяет достигать высокой чистоты всех деталей автомобильного двигателя и даже спустя долгую эксплуатацию, мотор и его части будут выглядеть новыми, будто машина только что сошла с конвейера завода.
Низкая летучесть – компания Shell, один из производителей газовых моторных масел, изобрела технологию Shell Pure Plus, которая позволяет создавать смазки с очень низкими показателями испаряемости. Благодаря такой характеристики, смазочный материал внутри двигателя приходится менять реже, так как происходит меньший расход масляной жидкости во время угара.
Работа при низких температурах – благодаря активному действию своих компонентов, смазочные материалы из природного газа способны работать при очень низких температурах, например синтетическое газовое масло Shell Helix Ultra умеет запускать двигатель при температуре -40 градусов по Цельсию, что является высокими показателем.
Долгое время службы – автомобильные моторные масла, произведенные из природного газа способны работать не только в критических условиях, но и на протяжении долгого времени, а все благодаря инновационным компонентам. Присадки и элементы масляной жидкости этого типа обеспечивают высокое качество смазки на всей протяжение её работы.
Именно масло из природных газов способно выдерживать низкие температуры и имеет высокую стойкость к окислению на протяжении долгого количества времени. А все благодаря инновационному составу, который был придуман специалистами, для соответствия смазок международным экологическим стандартам, а так же постоянной модернизации состава.
Интервал замены масла из природного газа
Частота замена масляной моторной смазки обычно указывается в инструкции по эксплуатации автомобильного транспортного средства. Специалисты в России рекомендуют интервал замены смазок в двигателе примерно 15 тысяч километров или один раз в год. В Европе же рекомендуют производить замену один раз в 30 тысяч километров. А вот производители вообще, советуют автомобилистам обеспечивать двигатель, своего транспортного средства, свежей смазочной жидкостью каждые 5 тысяч километров, так в его работе не возникнет неполадок никогда. Частота замены масла именно из газового продукта не отличается по совету специалистов, но автомобилисты заметили, что оно служит дольше обычного моторного смазочного продукта, поэтому его использование возможно на более длительном периоде службы двигателя.
Shell Helix Ultra
Моторное масло из газа сегодня производит не так много компаний, самым крупным игроком в этой сфере считается Shell, который в своё время открыл завод Pearl GTL, по производству газовых смазочных составов. И именно его масляная жидкость из газа является популярной на российском рынке и используется широко. Сегодня известно три масла этого типа: Shell Helix Ultra, Shell Helix Synthetic HX8, Shell Helix HX7.
Автомобилисты рекомендуют использовать масло Shell Helix Ultra для сохранности мотора, потому что оно лучше других обеспечивает защиту всем деталям и обладает моющим свойством. Смазку Shell Helix Synthetic HX8 используют при необходимости работы двигателя в низких температурных условиях. А для поддержания чистоты внутри движка лучше всего использовать Shell Helix HX7.
Видео: моторное масло из газа
GTL – моторное масло из природного газа. Технология его производства была разработана почти сто лет тому назад. Несложная задача для химиков. Забавно, но чтобы газообразный метан превратился в жидкое масло, ему пришлось трансформироваться в твердое вещество – белоснежный парафин, синтез которого происходит в результате частичного окисления метана с выделением угарного газа и водорода. И вот уже они под воздействием катализаторов превращаются в промежуточный парафин. Что с ним делать, химики выяснили еще раньше. Методом гидрокрекинга длинные цепочки изомеров «режутся» на короткие, и на выходе получаются прямогонный бензин, дизельное топливо и масла.
Чтобы изготовить масло из газа, его сначала превращают в твердый белый парафин путем окисления метана с выделением угарного газа и водорода.
Не подмажешь – не поедешь
Трение, если только его сила не используется для торможения или сцепления, вечная головная боль инженеров и механиков. Трение снижает КПД двигателя и увеличивает износ соприкасающихся деталей. Еще древние египтяне и античные греки использовали масла и жир, чтобы облегчить скольжение. Прошли тысячелетия, и индустриальное развитие техники в начале XX в. вывело производство масел на уровень промышленных масштабов. Возросли требования к качеству и номенклатуре.
Автомасла бывают на минеральной, синтетической и полусинтетической основе.
Деготь, растительные масла и животные жиры сдали позиции под натиском нефти и угля. Сырье из полезных ископаемых давало большие объемы при удешевлении стоимости. Со временем ситуация менялась. Нефть и уголь перестали быть дешевыми, зато были открыты и освоены огромные запасы газовых месторождений. После чего выяснилось: продукты переработки газа успешно конкурируют с аналогами из других природных материалов. Моторное масло – это смесь основы (базовое масло) с присадками, обеспечивающими необходимые технические свойства.
Современные масла подразделяются на:
- минеральные – их получают в результате разделки и очистки нефти (природной смеси жидких углеводородов);
- синтетические – продукт синтеза органических и неорганических компонентов.
Соответственно, моторное масло из природного газа относится к синтетическим и представлено на рынке длинным списком, где сорта различаются как по составу, так и по техническим характеристикам.
Вернуться к оглавлению
Корова не только молоко и мясо
Под природным газом понимают смесь газов в недрах Земли, образовавшихся в результате разложения органики вне доступа кислорода. В основном это метан, доходящий в некоторых месторождениях до 98%, и, естественно, именно он является сырьем для производства моторных масел.
Рост нефтяных цен, развитие технологий, ужесточение экологических требований подстегнуло поиски альтернатив. Некоторые направления оказались удачными. Так, например, разлагающиеся отходы животноводства при умелой утилизации способны давать ощутимый выход метана. Чаще всего он идет на технические нужды или обогрев зданий.
Однако при индустриальном размахе молочного производства объем газа становится таким, что появляется идея синтезировать моторное масло как самостоятельный, сопутствующий продукт. Возможно, некоторое время спустя промышленная ферма станет многофункциональной: с одной стороны идет отгрузка молока и сливочного масла, а с другой – технических масел и пластмасс. Подобный процесс можно запустить на предприятиях переработки сельхозпродукции или на фабриках по утилизации мусора либо отходов древесины. Химическая промышленность развивается быстро, и не все государства могут похвастаться обилием природных ископаемых. Зато мусор и навоз найдется всегда, как и технология получения газа.
Вернуться к оглавлению
Шелл не чижика съел
Голландская компания Royal Dutch Shell является лидером производства моторных масел из природного газа, его можно узнать по аббревиатуре GTL (gas to liquid = из газа в жидкость). Надо отдать должное: голландцы действительно отвоевали солидный сегмент рынка и продолжают наступать. Они проводят активную рекламную и маркетинговую политику, вплоть до организации пресс-туров на свои предприятия с приглашением журналистов и блогеров из разных стран, включая Россию.
Голландская компания Royal Dutch Shell является лидером производства моторных масел из природного газа, которого можно узнать по аббревиатуре GTL.
По всему миру уверенно продвигается линейка шелловской продукции под общим брендом Shell Helix Ultra. Она включает десятки масел, применяемых для различных целей. Производитель, основываясь на статистике и независимых исследованиях, доказывает, что GTL превосходят по качеству масла, произведенные традиционно из нефти или синтетические на основе ПАО (полиальфаолефинов) или полиэстеров.
Конкуренты возражают, утверждая, что шелловским маслам присущи следующие недостатки:
- теряют качество при низких температурах;
- обладают низкой полярностью, масло не удерживается на металле и быстро стекает, особенно в мороз;
- показывают слабые окислительные свойства, без присадок не выдерживают 24 часовой тест на окислительной машине.
Шелл не соглашается и каждый сезон предлагает улучшенные модификации товара. Тот самый случай, когда подстегивающая конкуренция идет на пользу потребителя. Судя по нынешнему тренду, синтетические GTL масла будут и дальше наступать по всем фронтам рынка. Пока есть газ, производство масел не иссякнет.
История технологии GTL (gas-to-liquid, «из газа в жидкость») началась задолго до того, как нефть приобрела для человечества такое важное значение, какое она имеет в сегодняшнем мире. В 1902 году французский химик Поль Сабатье вместе со своим учеником Жаном Батистом Сандераном осуществил одну простую реакцию — они получили метан из смеси угарного газа (моноксида углерода) и водорода в присутствии порошкообразного никеля. А через несколько лет русский химик Егор Орлов получил из такой же смеси в присутствии никеля и палладия этилен, показав тем самым возможность синтеза высших углеводородов. Но довели эту технологию до коммерческого воплощения немецкие химики Франц Фишер и Ганс Тропш из Института кайзера Вильгельма по исследованию угля: в 1926 году была опубликована их знаменитая работа «О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении». Описанный ими процесс позднее назвали процессом Фишера-Тропша.
Место расположения: Катар. Стоимость строительства: 19 млрд долларов. На входе: 45 млн кубометров природного газа в день из крупнейшего в мире оффшорного месторождения природного газа «Северное поле» (North Field). На выходе: 120 тыс. баррелей газового конденсата + 140 тыс. баррелей (22 тыс. кубометров) жидких углеводородов (продуктов синтеза) в день. Производство кислорода: 28 тыс. тонн в день. Производство пара: 8 тыс. тонн в час. Основная продукция: нафта, нормальные парафины, изопарафины (моторные масла, трансформаторные масла), керосин (авиационное топливо), газойль (дизельное топливо).
Технология, разработанная немецкими химиками, была совершенно прикладной. Она оказалась весьма полезна в бедной нефтью, но богатой углем Германии: в начале 1940-х годов процесс Фишера-Тропша активно использовался уже на двух десятках заводов. К 1943 году они выдавали 124 000 баррелей синтетического топлива ежедневно, обеспечивая 92% объема авиационного топлива (и 57% общего объема топлива всех видов), что делало подобные предприятия одной из основных целей бомбардировок войск союзников.
После войны союзники, к которым попали документы и специалисты по технологии синтеза, стали экспериментировать с получением синтетических углеводородов, однако до коммерческого применения не дошло — обнаружение огромных запасов нефти на Ближнем Востоке в начале 1950-х сделало эту технологию нерентабельной.
Схема конверсии природного газа в жидкие углеводороды с помощью каталитического синтеза и гидрокрекинга.
Кризис в помощь
«О процессе Фишера-Тропша вспомнили в 1973 году, когда нефтяной кризис резко повысил цены на нефть, — говорит Эндрю Хефер, вице-президент по маркетингу смазочных материалов концерна Shell. — Тогда в мире резко возрос интерес к альтернативным технологиям получения различных углеводородов, и химики многих компаний занялись этим вопросом. Концерн Shell совершенствовал синтез Фишера-Тропша на протяжении десяти лет, пока не появилась ясность, что эта технология может стать коммерчески выгодной. В 1983 году в Амстердаме было построено опытное производство, где химики получили возможность масштабных экспериментов, а в 1993-м открылся первый коммерческий завод концерна в Бинтулу (Малайзия), выпускающий 12 500 баррелей жидких синтетических углеводородов в день. А в 2006 году концерн Shell приступил к строительству самого большого в мире завода по производству синтетических углеводородов из природного газа, Pearl GTL в Катаре, который вступил в строй три года назад».
Завод производит нафту, нормальные парафины, базовые смазочные масла, керосин (авиационное топливо) и газойль (дизельное). Конечно, все эти соединения можно получить и из нефти, но синтез из газа имеет ряд серьезных преимуществ. Во‑первых, чистота синтетических углеводородов может быть намного выше минеральных, которые довольно сложно очищать от вредных примесей. «Получаемые в результате синтеза на установках Pearl GTL углеводороды столь чисты, что, например, парафины разрешено использовать в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности», — поясняет Хефер.
Технология Shell Pureplus. При изготовлении базового масла из нефти состав конечного продукта во многом определяется начальным составом сырья. Кроме того, в конечном продукте остаются различные нестабильные вещества, такие как ароматические соединения (имеющие в своей структуре бензольное кольцо). В случае синтеза из метана состав конечных продуктов определяется исключительно технологией синтеза, а чистота продуктов может быть намного более высокой. В синтетических базовых маслах, полученных с помощью технологии Shell PurePlus, содержание изопарафинов достигает 85%, в то время как в минеральных маслах групп II и III (по классификации API, American Petroleum Institute — Американского института нефти) составляет всего 15−25%.
Во-вторых, разведанные мировые запасы газа превышают запасы нефти (по массе) более чем в десять раз, так что даже если человечество исчерпает запасы «черного золота», всегда есть вариант перехода на синтетические заменители топлива, масел и сырья для производства различных пластиков. В частности, на Pearl GTL синтезируют авиационное топливо, которое используется (наряду с минеральным) для заправки авиалайнеров Qatar Airways.
Из газа в князи
«Технология Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) основана на процессе Фишера-Тропша, которому почти сто лет, — объясняет Иэн Шеннон, руководитель отдела исследований и разработок моторных масел концерна Shell. — Тем не менее химики концерна потратили несколько десятилетий на усовершенствование этой технологии, получив при этом более 3500 патентов. Одна из ключевых деталей — катализаторы, состоящие из очень мелких частиц различных металлов, таких как кобальт, никель, железо и др., хотя точный состав их держится в строжайшем секрете. Чем эффективнее катализатор, тем больше выход конечного продукта синтеза. У нас есть огромный опыт производства синтетических углеводородов в Бинтулу, и наши инженеры постоянно экспериментируют с новыми катализаторами на опытном заводе в Амстердаме». Сами катализаторы для промышленного производства изготавливает компания Criterion, входящая в состав концерна Shell.
Реакторы синтеза, которых на заводе Pearl GTL 24 штуки, содержат десятки тысяч трубчатых каналов. Каждый канал заполнен гранулами пористого наполнителя, в котором находятся частицы катализатора (суммарная площадь поверхности катализатора огромна — она в 18 раз превышает площадь государства Катар). На опытном производстве используются точно такие же трубчатые каналы, но в гораздо меньшем количестве — достаточно одной трубы, чтобы смоделировать реакцию. Такая конструкция дает возможность легко масштабировать происходящие процессы путем увеличения количества труб.
Три этапа технологии
Весь процесс синтеза жидких углеводородов из газа в варианте Shell выглядит следующим образом. Природный газ поступает с офшорного месторождения «Северное поле», запасы которого оцениваются в 25 трлн кубометров (это примерно 15% мировых запасов). На входе от главной составляющей газа, метана, отделяют основные примеси — серу, газовый конденсат (жидкие фракции) и этан. После этого из смеси природного газа и кислорода, который получают здесь же, на заводе Pearl GTL, при температуре около 1500 °C изготавливают синтез-газ — смесь моноксида углерода и водорода. В процессе изготовления синтез-газа выделяется много тепла и образуется много пара, который в дальнейшем используется для вращения турбин генераторов и получения электроэнергии.
На втором этапе синтез-газ подается в реактор синтеза, где в присутствии катализатора молекулы объединяются в длинные углеводородные цепочки. На выходе этого этапа в качестве основного продукта синтеза получаются длинные предельные углеводороды — парафины. Почему именно парафины? Дело в том, что эффективность конверсии метана вот в такие длинные углеводородные цепи выше. К тому же это удобно с точки зрения конечных продуктов — длинные молекулы несложно разрезать на участки контролируемой длины. Во время синтеза выделяется много тепла, а в качестве побочного продукта образуются водяной пар (его направляют крутить турбины) и вода.
На третьем этапе парафины подвергаются гидрокрекингу (присоединению водорода и расщеплению), в процессе которого длинные молекулы расщепляются на более короткие, а также изомеризации. В зависимости от условий реакции (температура, давление) можно получать самые разные фракции углеводородов — на заводе Pearl GTL это нафта, нормальные парафины, авиационный керосин, газойль (дизтопливо) и изопарафины.
Технология Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS): получение жидких углеводородов из природного газа
Чистый плюс
Среди всех получаемых химических соединений особый интерес представляют изопарафины, молекулы которых, помимо длинных прямых углеводородных цепочек, имеют короткие боковые ответвления. «Такая форма молекул придает им уникальные свойства, в частности очень высокий индекс вязкости (то есть вязкость мало зависит от температуры), — говорит Боб Сазерленд, директор по технологиям семейства моторных масел Shell Helix. — Благодаря этому изопарафины представляют собой великолепную основу для самых современных базовых моторных масел. По своим качествам изопарафины ничем не уступают признанному лидеру рынка синтетических моторных масел — полиальфаолефинам, ПАО. А по некоторым свойствам изопарафины даже лучше. ПАО изготавливают путем химического синтеза из этилена, причем количество его очень сильно ограничено. А завод Pearl GTL имеет производительность по изопарафинам в миллион тонн в год!» Моторные масла семейства Shell Helix Ultra с технологией PurePlus Technology, в основе которых лежат изопарафины, могут иметь очень низкую вязкость — SAE 0W30, 0W20, рекордно низкую на сегодняшний день 0W16 или даже экспериментальную 0W10. Такие показатели связаны с оптимизацией для экономии топлива — некоторые варианты обеспечивают до 3% экономии. Но этим достоинства Shell PurePlus Technology не исчерпываются: к сильным сторонам таких масел можно отнести стойкость к окислению при высоких температурах, меньшее испарение в двигателе, а также прекрасные моющие свойства (в сочетании с фирменной системой Shell Active Cleansing Technology), позволяющие поддерживать двигатель, как говорит Боб Сазерленд, не просто чистым, а «в состоянии нового». Но, вероятно, главное достоинство разработанной концерном Shell технологии GTL — это то, что она способна избавить человечество от страха, в котором оно пребывает последние сто лет. «Теоретически, — говорит Иэн Шеннон, — с помощью нашей технологии можно изготавливать практически любые углеводороды. И это дает ответ на вопрос, что мы будем делать, когда (или если) вдруг закончится нефть».