Разработка замещает зарубежные программные комплексы и позволяет подбирать параметры установки без натурных экспериментов.
Пермь, 6 мая - ИА Neftegaz.RU. В Пермском Политехе (ПНИПУ) разработали отечественное программное обеспечение, предназначенное для проектирования и оптимизации малогабаритных реакторов переработки природного газа в метанол.
Об этом проинформировала пресс-служба вуза.
На Программное обеспечение (ПО) уже оформлено свидетельство о государственной регистрации.
Новый инструмент ориентирован на задачу выпуска химической продукции прямо на месте добычи, что особенно актуально для небольших и географически отдаленных промыслов. Прокладка трубопроводов и доставка сырья на крупные газоперерабатывающие заводы (ГПЗ) в таких случаях экономически не оправданы. Однако попытки спроектировать мини-установку путем простого масштабирования промышленного оборудования ведут к сбоям теплового баланса и газодинамики, из-за чего итоговый выход метанола сокращается, а его себестоимость может вырасти в 4-5 раз.
До настоящего времени для математического моделирования химических процессов инженеры применяли иностранные программные пакеты. Эти продукты рассчитаны на широкий спектр задач, потребляют много вычислительных мощностей и плохо приспособлены для оперативных расчетов компактных реакторов. Готовой российской альтернативы, заточенной именно под такие объекты, не существовало.
Сотрудники ПНИПУ математически описали базовые реакции синтеза метанола из газа и заложили в программу модели движения смеси, нагрева, охлаждения и химического превращения. Пользователь может указать длину и диаметр аппарата, температуру, давление, скорость подачи и химсостав сырья. Система выдает детальные значения параметров по каждому участку реактора, позволяя на стадии проектирования выявить:
- локальные перегревы,
- застойные области,
- падение эффективности.
По словам доцента кафедры оборудования и автоматизации химических производств А. Кондрашова, программа дает возможность на компьютере проанализировать десятки вариантов геометрии и выбрать ту, которая обеспечивает максимальный выход продукции при минимальных рисках перегрева и застоя. Такой подход избавляет от затратных натурных испытаний.
В отличие от крупнотоннажных систем, где зачастую хватает усредненных показателей, компактный реактор крайне чувствителен даже к малым колебаниям температуры и скорости потока. Поэтому ПО рассчитывает процесс в различных точках устройства и дает возможность оперативно сопоставлять конструкцию и режимы.
Заместитель директора Центра трансфера технологий по работе с индустриальными партнерами В. Котов рассказал, что для проверки работоспособности решения было выполнено сравнение с широко используемым зарубежным коммерческим аналогом. Полученные результаты подтвердили, что новая программа:
- столь же корректно описывает процесс,
- предсказывает объем конечного продукта.
В сравнении с универсальными западными пакетами моделирования отечественная разработка узко сфокусирована на расчете малотоннажных аппаратов. Благодаря этому инженер может:
- быстрее подбирать температуру, давление и скорость подачи газа,
- оценивать выход метанола без серии дорогостоящих физических экспериментов.
Снижение расходов на проектирование в итоге ведет к уменьшению себестоимости самого продукта.
Предложенную методику можно адаптировать под получение аммиака, диметилового эфира и синтетического бензина. Тем самым программа становится универсальной базой для создания оборудования, способного вовлекать в промышленный оборот ресурсы малых и удаленных месторождений.
Контекст
Метанол - универсальное химическое вещество, используемое в моторном топливе и в широком спектре химических продуктов.
По прогнозам, к 2050 году мировой спрос на метанол вырастет в пять раз, но около 80% этого спроса будет приходиться на экологически чистый метанол, который производится с использованием биомассы и возобновляемой энергии.
Малогабаритный реактор переработки природного газа в метанол
Есть разные технологии получения метанола. Ключевые технологии и конструкции малогабаритных реакторов:
- компактные/микроканальные реакторы: В них используются микроканальные насадочные слои со встроенными теплообменниками, обеспечивающие хорошие тепло- и массообменные свойства, подходящие для высоких степеней конверсии без потери селективности или стабильности;
- реакторы с кипящей водой (BWR): Часто используемые для синтеза метанола, они содержат пучки трубок, загруженных катализатором, охлаждаемые кипящей водой со стороны кожуха для эффективного управления теплом;
- Двухзонный метанольный реактор (DZMR): Модифицированный кожухотрубный реактор, который разделяет кожух на две зоны (изотермическую и неизотермическую) для оптимизации производительности;
- Реформеры на основе двигателей внутреннего сгорания: Инновационный, недорогой подход, использующий цилиндры двигателей внутреннего сгорания для частичного окисления природного газа в синтез-газ, который затем синтезируется в метанол;
- Структурированные реакторы (SR): Использование проводящих монолитов или пенополиуретанов с открытыми ячейками вместо обычных насадочных слоев для улучшения теплопередачи, что позволяет уменьшить объем катализатора.
Ключевые игроки и проекты:
- НОВАТЭК: Эксплуатирует модульные установки (IOPU-12.5, UPM-40, UPM-50) в Арктике для мелкосерийного удаленного производства метанола.
- TOYO Engineering: Предлагает реактор MRF-Z Neo™, отличающийся радиальной конструкцией газового потока для низкого перепада давления и ступенчатой системой охлаждения для мелкомасштабного производства экологически чистого метанола.
- Haldor Topsoe/Modular Plant Solutions: Известен благодаря MeOH-To-Go™, модульной контейнерной мини-установке GTL, обычно производящей 215 тонн метанола в сутки.
- Primus GE: Производит компактные системы, часто мощностью около 160 т/сутки метанола.
Ключевые характеристики маломасштабных систем:
- мощность: обычно в диапазоне 100–300 т/сутки метанола;
- технологический процесс: часто используется двухэтапный процесс: (1) Реформирование природного газа в синтез-газ с помощью парового риформинга (SMR) или автотермического риформинга (ATR), за которым следует (2) каталитический синтез (обычно катализатор из меди, цинка и алюминия);
- более низкие капитальные затраты (CAPEX) на единицу, модульность (транспортабельность) и сокращение выбросов попутного нефтяного газа (ПНГ);
- экономические факторы: высокая стоимость компрессоров для маломасштабных систем приводит к исследованиям, предлагающим более низкие рабочие давления (<30 бар) для повышения технологичности;
Инновационные разработки:
- микроволновое преобразование: исследования изучают использование электромагнитных волн для преобразования природного газа с целью снижения рабочих температур и давлений;
- плазменные реакторы: использование плазменного факела для получения синтез-газа из природного газа, что снижает потребность в традиционной, сложной инфраструктуре риформинга.
Автор: А. Шевченко