CC BY
77ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТРАНСПОРТ
Методы получения синтез-газа
HYDROGEN ENERGY AND TRANSPORT
Synthesis-gas production methods
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА ДЛЯ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
А. Я. Столяревский
УДК 665.632
Member of International Editorial Board (ISJAEE) Центр комплексного развития технологий и энерготехнологических систем (КОРТЭС) ул. Максимова, 4, Москва, 23098, Россия Тел.: (095)1965319; e-mail: cortes@pike.net.ru
Сведения об авторе: с 1991 г. — директор Центра комплексного развития технологий и энерготехнологических систем (КОРТЕС), кандидат техн. наук (1982 г.).
Образование: факультет «Двигатели летательных аппаратов» МАИ (1973 г.), специальность «Космические энергоустановки». Профессиональный опыт:
■ с 1973 г. по настоящее время работает в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова (с 1992 г. — РНЦ «Курчатовский институт»);
■ 1979 г. — начальник группы;
■ с 1982 г. — начальник лаборатории энерготехнологических систем, член Международной ассоциации по водородной энергетике;
■ с 1986 г. — директор советско-германского проекта атомной энерготехнологической станции с ВТГР;
■ с 1991 г. — вице-президент Российского энерготехнологического конгресса.
Публикации: более 100 статей и докладов, свыше 30 патентов на изобретения (ядерная энергетика, преобразование энергии).
In the paper the "know-how" of synthesis-gas production process based on adiabatic conversion of natural gas is considered. The possible variants of technological schemes for production of hydrogen and various hydrogen containing products (methanol, dimethyl ether, etc.), based on offered technology of synthesis-gas, are given.
Столяревский Анатолий Яковлевич
Переход на крупномасштабное (более 0,51 млн. т/год) производство водорода из воды потребует значительных затрат на доработку технологий, чтобы сделать их конкурентоспособными, а также на развитие инфраструктуры рынка водородного топлива [1].
В ближайшей перспективе основным производственным процессом получения водорода и его производных в промышленных масштабах была и остается конверсия природного газа.
По мере роста затрат на добычу и доставку газа с отдаленных газопромыслов все большую эффективность начинают приобретать технологии, сокращающие расход газа, сжигаемого как топливо, не только в энергетике, но и в других отраслях, а также в самой газовой промышленности.
С этой точки зрения начнут формироваться экономические стимулы к созданию комбиниро-
ваных технологий, в которых значительная часть энергетических процессов будет переводиться с углеводородного топлива на новые более эффективные и безопасные для окружающей среды энергоисточники и, в первую очередь, для крупнотоннажных производств и большой энергетики — на высокотемпературные ядерные реакторы следующего поколения [2-4].
Ведущей разработкой высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов для различного применения стал проект модульного реакторного блока ГТ-МГР, разрабатываемый совместными усилиями компаний России, США, Японии [4].
На базе этого проекта по заказу концерна «Росэнергоатом» выполнена концептуальная проектная проработка возможности привязки к реактору МГР производства водорода. Такой проект с ядерной энергоустановкой МГР-Т был рассмотрен применительно к перспективным тех-
Статья поступила в редакцию 17.11.2004 г. Article has entersd in publishing office 17.11.2004
нологиям производства водорода из воды с помощью высокотемпературного твердооксидного электролиза, а также проработан вариант его сочетания с новым процессом производства водорода путем паровой адиабатической конвер-я сии метана (АКМ).
^ В настоящей статье рассмотрены основные
принципиальные особенности технологии АКМ f для ее применения в производстве синтез-газа ^ (смесь водорода и оксидов углерода).
'с
£ Современное состояние технологий
I получения синтез-газа
с .а
^ Технологии, предназначенные для достав-
S ки природного газа из отдаленных районов к
0 потребителям, используют либо трубопроводный транспорт высокого давления, либо криогенные технологии получения сжиженного газа (LNG), либо, как это все больше обсуждается, производство жидких продуктов из газа, так называемые технологии gas-to-liquid (GTL). Каждая из этих технологий имеет достоинства и недостатки, которые меняют приоритетность технологий в зависимости от поставленной коммерческой задачи и условий ее реализации.
Традиционные GTL-продукты: метанол, уксусная кислота, олефины, диметиловый эфир (ДМЭ), мочевина, аммиак, минеральные удобрения и синтетические углеводороды, производимые в процессе Фишера - Тропша (ФТ-продук-ты) и др. В процесс ФТ получают, главным образом, углеводородные синтетические продукты с различной длиной углеродной цепи, создавая тем самым низкокипящие алканы, алкены, полиок-симетилены, нафту, дистилляты, применяемые как реактивное или моторное топливо, смазочные масла, парафины.
GTL-продукты могут распределяться и применяться по уже существующим отраслям, включая, в первую очередь, транспорт, с помощью существующей инфраструктуры [5].
Активность в области создания GTL-произ-водств возрастает: рассматривается около 55 проектов суммарной производительностью ~2 млн. баррелей в сутки с общим потреблением газа ¡5 166 млрд. м3/год [6]. Около 20 крупнейших ком-$ паний нефтегазового сектора во главе с «Exxon ь Mobil», «Shell», BP, ENI, «ConocoPhillips», «Sa-
aj
^ sol» и др. владеют основными пакетами техно-
1 логий в этой области.
aj
Однако, более широкое применение GTL-тех-н нологии с коммерческих позиций было в течение
0
1 последних двух десятилетий XX века ограничено ^ высокими капитальными и эксплуатационными
m
§ расходами, которые приводили к относительно © невысокой экономической эффективности GTL-производств. Самым крупным компонентом капитальных затрат, т. е. основной составляющей стоимости продукта таких производств (до 60 %), является производство синтез-газа, поэтому перспективы широкого применения GTL-техноло-
гий зависят от разработки и оптимизации эффективных промышленных процессов получения синтез-газа.
Основные коммерческие технологии производства синтез-газа — паровая конверсия метана (ПКМ), автотермический риформинг метана (кислородная или воздушная конверсия), крекинг метана, частичное окисление метана и комбинации этих процессов.
В процессе ПКМ пар реагирует с природным газом при высоких температурах и умеренных давлениях в присутствии содержащего никель катализатора (обычно это керамические кольца Рашига). В процессе, эндотермические реакции в котором превалируют, необходимо организовать подвод тепла к реакционному объему. Обычно используют большое число труб из жаропрочных сплавов диаметром 80-120 мм, обогреваемых конвективно-радиационными горелками.
При автотермическом риформинге в реакционный каталитический объем подается смесь пара, природного газа и кислорода в пропорциях, при которых одна часть метана сгорает в кислороде, а другая реагирует с водяным паром, производя водород и оксиды углерода. Частичное сгорание природного газа обеспечивает высокую температуру, необходимую для реакции конверсии.
В процессе крекинга метана природный газ нагревают до температур выше 1000 °С, при которых происходит процесс разложения молекулы метана на водород и углерод (сажу). Процесс имеет в 2 раза меньший выход водорода в расчете на потребленный в качестве сырья метан, однако при высокой степени разложения метана позволяет с меньшими затратами выделить водород как конечный продукт.
Частичное окисление метана кислородом или воздухом (POX-технологии) ведут при высоких скоростях процесса, как правило, в реакторах, футерованных огнеупорной керамической облицовкой, при рабочей температуре 1200-1500 °С при умеренных давлениях (до 3-4 МПа). Состав газа корректируют паром или диоксидом углерода с целью повлиять на конечный состав синтез-газа и улучшить условия процесса, подавить сажеобразование. В шахтных реакторах с катализатором и работе на смесевых составах (метан-кислород-диоксид углерода-водяной пар) удается вести процесс при меньшей температуре (до 1000 °С) и давлении до 2-3 МПа. Разновидность этой технологии — автотермические ри-формеры (ATR), в которых сочетается процесс РОХ на первой стадии и каталитическая ПКМ на второй стадии, что позволяет уменьшить расходы пара. Основными поставщиками данной технологии на химические предприятия признаны компании «Haldor Topsoé», «Lurgi», TEC, JFE. Разработана также «тандемная» технология (совместно «Johnson Matthey» и «Haldor Topsoé»), в которой проводимая во второй ступени автотермическая конверсия служит для окончательного риформинга метана и формиро-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» ISJAEE № 2(22) 2005 АЭЭ № 2(22) 2005
вания высокотемпературного потока, подаваемого для нагрева труб в аппарат трубчатой ПКМ, где метан конвертируется в эндотермической па-рометановой реакции, после чего подается на вторую ступень. Согласно технологии, температура свыше 1000 °С превышает уровень тепловых процессов в традиционных технологиях ПКМ, что приводит к повышенному расходу дорогих высоконикелевых сплавов.
ОАО «НПО "Энергомаш"» совместно с ЗАО «Энерготехник» вели разработки технологии неравновесного парциального окисления углеводородных газов кислородом, которые продолжились проектными предложениями по программе ОАО «Стройтрансгаз». По аналогии с камерами сгорания ракетных ЖРД проводится высокоскоростное сжигание метана в кислороде при стехио-метрических коэффициентах расхода а = 0,35 (давление 3,0-3,5 МПа), что соответствует мольному соотношению О2/СН4, равному 0,7, или массовому — ~1,4. Реакции конверсии метана проходят в этих условиях с различной скоростью и при времени пребывания в рабочем канале менее 0,05 с объемные концентрации СО и СО2 успевают выйти на равновесие, а содержание метана, водорода и водяного пара остаются неравновесными вплоть до их «закалки» при охлаждении смеси в газосборнике-сажеотдели-теле, а затем в котлах-утилизаторах. После котлов-утилизаторов газовая смесь поступает в сепаратор влаги с выводом технологического конденсата, затем — в абсорбционную очистку от СО2, на компремирование, после чего синтез-газ передается в отделение синтеза [8]. Предложена модификация способа введением дополнительных стадий [9]: 1) парциального окисления в две ступени: а) некаталитического парциального окисления природного газа кислородом с получением в продуктах реакции неравновесного содержания Н2О и СН4 при мольном соотношении кислорода и метана 0,76-0,84, б) конверсии продуктов реакции ступени а) с корректирующими добавками СО2 и Н2О или Н2О и СН4 с получением газовой смеси; 2) паровой каталитической конверсии остаточного метана с продуктами стадии 1) на катализаторе.
Недостатки данной технологии — необходимость создания капитало- и энергоемкого блока разделения воздуха в связи с высокой потребностью в кислороде, неустойчивость работы основного генератора при изменении состава исходного газа, проблемы сажеобразования и соответствующие затраты по их устранению, ограниченные возможности увеличения давления основного потока.
Значительные надежды по сокращению затрат на получение синтез-газа связывают с успехами, достигнутыми группой «ITM Syngas Team», возгавляемой компанией «Air Products and Chemical» и включающей «Chevron Texaco», «Norsk Hydro», «McDermott», «Battelle», ARCO, «Ceramatec» и других партнеров при поддержке Департамента энергетики США по 8-летней про-
грамме стоимостью $90 млн. Создаваемая группой технология основана на внедрении ионопро-ницаемых мембран (ion transport membrane), которые, будучи встроены в генератор синтез-газа, способны переносить ионы кислорода через газонепроницаемую керамическую стенку с относительно высокой производительностью и селек- Í тивностью по кислороду при температуре выше t 800 °С и давлении до 2,8 МПа. Достигнут про- f
си
гресс в технологии получения керамических мем- ^ бран («Ceramatec») на основе непористых под- J ложек из многокомпонентных оксидов метал- £ лов, стойких одновременно и в окислительной | и в восстановительной атмосфере, и нанесении | на них катализатора. Намечено последователь- g ное увеличение производства синтез-газа с мем- ° бранной технологией с уровня 700 м3/сут. до 9000 м3/сут., а затем переход к предкоммерчес-кой демонстрации с производительностью завода по GTL-продуктам 1500 баррелей в сутки (около 200 т/сут.) [6]. Проблемы могут быть связаны как с сажеобразованием и потерей производительности мембран и остановкой процесса, так и с обеспечением безопасности при нарушении целостности керамических перегородок между реакционным газовым объемом высокого давления и воздушной средой.
Возможность интенсификации безкислород-ных процессов ПКМ, имеющих по сравнению с процессами ATR и РОХ существенно более высокую эффективность и низкую себестоимость, может основываться на применении технологий, повышающих удельную производительность реакционных объемов. Одна из таких технологий предложена компанией «Velocys Inc.», разработавшей и внедрившей в производство микроканальные технологические аппараты для реакций конверсии, синтеза, регенерации тепла и др. Вслед за разработками английской компании «Heatric», установившей более 700 «печатных» (printed circuit) теплообменников на 140 предприятиях нефтегазового сектора, «Velocys Inc.» освоила технологию микроканальных теплооб-менных устройств, обладающих высокой эффективностью передачи тепла реакционным потокам. В таких устройствах последовательно чередуются каналы циркуляции теплоносителя и <с каналы с реакционным потоком. Интенсифика- Í ция теплообмена приводит к сокращению раз- е-меров аппарата и уменьшению времени реакции ^ (до 10 мс), что не позволяет развиться процес- ¡ сам сажеобразования [10]. Катализатор реакции, ¡ например ПКМ, предлагается наносить на стен- | ки микроканалов. Последнее обстоятельство § вызывает необходимость решения проблемы по- 5 тери стойкости самого катализатора и его «уно- § са» в процессе работы. q
Адиабатическая конверсия метана
Дальнейшим развитием изложенных подходов к совершенствованию процессов генерации синтез-газа становится технология многоступен-
чатой адиабатической конверсии метана, в которой нагрев парогазовой смеси и процесс ее каталитической конверсии разнесены по сопряженным элементам термоконверсионного агрегата (ТКА) [3, 11].
Технология (рис. 1) включает в себя отделе-^ ние подготовки газа, заключающейся в подводе £ углеводородов (природного газа), его комприми-~ рования до рабочего давления в компрессоре 1, ^ нагреве продуктами сгорания сжатого техноло-I гического газа до температуры 350-400 °С в на-£ гревателе 2, гидрировании сернистых соединений | до сероводорода на алюмокобальтмолибденовом ■§ катализаторе в адсорбере 3, адсорбции сероводо-^ рода на оксиде цинка в адсорбере 4 до остаточно-° го содержания серы менее 0,5 мг/м3, ввод в технологический поток диоксида углерода, отделение конверсии, в котором происходит смешение технологического газа с высокотемпературным водяным паром (ВВП) в смесителе 6, нагрев технологического газа в первой ступени ТКА, проведение реакции пароуглекислотной конверсии на катализаторе в адиабатическом конвертере 8, охлаждение технологического газа в теплообменнике-утилизаторе, повторный ввод ВВП, нагрев, конверсия и охлаждение во второй ступени ТКА отделения конверсии, а затем прохождение третьей ступени ТКА, повторяющей по составу первые ступени, прохождение пароперегревателя, котла-утилизатора, охлаждение до 170 °С теплофикационной воды, доохлаждение в концевом теплообменнике и удаление влаги в сепараторе. Получается конечный продукт — водород чистотой 99,99%.
В представленной схеме перед подачей газа на разделение в аппараты короткоцикловой без-нагревной адсорбции (КЦА) в отделении очистки газа из технологического потока удаляется диоксид углерода с целью уменьшить нагрузку и снизить стоимость установки КЦА. Удаление С02 до остаточного содержания 2,17% проводится хемосорбционной очисткой газа 40 % -ным водным раствором метилдиэтаноламина (МДЭА) с добавками активатора, выбранным в качестве хемосорбента с повышенной растворимостью. Блок выделения С02 включает тарельчатые или насадочные адсорберы 9, экспанзер промежуточного сброса давления, кипятильники водного раствора МДЭА 10 для термолиза углекислотного соединения, регенераторы с отводом С02, насос-мотор-турбину (на схеме не показана) для рекуперации энергии водного раствора при сбросе давления и подкачкой восстановленного свежего раствора МДЭА.
0чищенный частично от С02 конвертированный газ направляют на выделение водорода в блоке КЦА с возвратом части отбросной фракции на конверсию.
Блок КЦА включает 4 периодически работающих адсорбера, коллекторы подвода и отвода газа и систему КИПиА. В адсорбер газ подают снизу. При подъеме вверх в сорбенте, которым служит цеолит или активированный уголь, адсорбируются преимущественно углеродсодержащие компоненты, что позволяет на выходе получить водород чистотой 99,99 %. Периодически один из адсорберов становится на стадию сорбции, в то время как остальные находятся в стадии регене-
Подвод Отвод
Рис. 1. Схема производства синтез-газа методом АКМ с нагревом технологического потока в ТКА продуктами сжигания отбросных газов
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» ISJAEE № 2(22) 2005 АЭЭ № 2(22) 2005
рации, заключающейся в сбросе давления и продувке адсорбента чистым водородом. Продукты десорбции (отбросная фракция) частично используют в качестве рециркулирующего газа или направляют на сжигание в аппараты нагрева технологических потоков.
Схема получения синтез-газа методом АКМ в производстве диметилового эфира
При производстве синтез-газа для получения метанола, а затем диметилового эфира (ДМЭ) очистка технологического газа после выхода из ТКА не проводится, и газ после утилизаторов тепла направляют в отделение сепарации 11 по технологии КЦА для разделения синтез-газа на поток водорода (30 тыс. нм3/ч) и основной поток синтез-газа (159 тыс. нм3/ч) с целью коррекции его состава [Н2:(СО + С02), равного 3] и оптимизации последующего синтеза и использования выделенного водорода в качестве топлива для нагрева технологического потока в ступенях ТКА. Промежуточное хранение водорода осуществляется в рессиверах 12. Изменение состава газа по ступеням ТКА и в КЦА показано в таблице.
Данные таблицы получены в расчетах (Сосна М. X. и др. НФП «Техногаз-ГИАП», №№ ТГ-03-35/15-3, 2004) в достаточно консервативном приближении при давлении процесса 7,0 МПа, при котором поправка на неравновесие для конверсии метана принята равной для первой ступени 45,87 °С. Температуры нагрева парогазовой смеси также взяты консервативно: нагрев газа на первой ступени до 650 °С, на второй — до 850 °С, на третьей - до 890 °С. Повышение температуры на первой стадии до 820-850 °С позволило бы перераспределить нагрузку между ступенями и повысить степень конверсии, уменьшить остаточное содержание метана. При использовании дополнительного источника диоксида углерода (около 9 тыс. нм3/ч) выход синтез-газа при тех же характеристиках процесса (расход природного газа, мощность ТКА) мог бы увеличиться без вывода водорода до 189,442 тыс. нм3/ч, т. е. на 19 %, с соответствующим улучшением результирующих показателей.
Дальнейшая переработка синтез-газа с составом, представленным в таблице, предполагается с получением ДМЭ путем двухстадийного процесса: синтеза метанола, его дегидратации с получением ДМЭ и подачей непрореагировавшего метанола на дегидратацию. Метанол и ДМЭ могут быть также переработаны в более тяжелые аналоги ДМЭ — полиоксиметилены с общей формулой СН3-(0СН2)ж-0СН3 с помощью низкотемпературной (менее 100 °С) каталитической дистилляции на кислотном катализаторе. В частности, смесь таких продуктов в интервалах х = 3...8, называемая диметоксиметаном (ДММ38), обладает подходящей температурой кипения для смешения с дизельным топливом, исключительно высоким цетановым числом (76) и хорошей тем-
пературой вспышки (65 °С) и не требует каких-либо модификаций двигателя. Уже при добавке 15 % ДММ в дизельное топливо эмиссия твердых частиц снижается на 50 % [6].
Метанол и ДМЭ могут быть переработаны в олефины, например процессом МТО (methanol-to-olefin), разработанным первоначально фирмой i «Mobil», и представленном также компаниями k UOP LLC (США) и «Norsk Hydro» (Норвегия) f (технология UOP/Hydro MTO Process) на базе Ь! катализатора (силикоалюмофосфатного) SAPO-34 J с выходом этилена и пропилена до 80 % и селек- £ тивностью по этим продуктам до 85-90 %, а так- |
с
же с возможностью изменения соотношения эти- ;8 лен/пропилен. Технология продемонстрирована s на крупнотоннажном производстве «Norsk Hydro» ™ в Норвегии. Для комплекса по производству в год 426 тыс. тонн полиэтилена и 500 тыс. т пропилена полимеризационной чистоты полные инвестиции оцениваются в $495 млн.
Метанол может быть также переработан в синтетическое топливо по технологии Фишера -Тропша, в частности, фирма «Statoil» (Норвегия) создала в ЮАР (Mossel Bay, 2003 г.) полупромышленную установку на основе собственной ФТ-технологии [6]. Фирма «Statoil» сотрудничает также с компаниями «Lurgi» и «Borealis» по конверсии метанола в пропилен (МТР), что может существенно расширить рынок метанола. Получены заводские результаты, свидетельствующие об успешности технологии: при конверсии более 94 % метанола выход пропилена составил 68 % при цикле работы цеолитового катализатора разработки «Lurgi» свыше 600 ч. Для производства 500 тыс. т/год пропилена потребуется 1,667 млн. тонн метанола-сырца, который частично будет конвертирован в ДМЭ и воду в адиабатическом предреакторе.
По имеющимся оценкам, метанол может заместить другие технологии производства оле-финов при себестоимости ниже $100 за тонну, на рынке транспортных топлив — ниже $80 за тонну и на рынке энергетического топлива — ниже $70 за тонну, что может быть достигнуто только с помощью технологий с низкими удельными капиталовложениями (менее $250-300 за тонну в год) и при стоимости природного газа i ниже $50-60/тыс. нм3. t
Предлагаемая технология АКМ позволяет | минимизировать как газовую, так и капиталь- ^ ную составляющую затрат на производство ме- s танола, ДМЭ и их производных. В частности, § расходный коэффициент по природному газу со- ^ ставляет 1281 нм3 на тонну ДМЭ. |
Выход синтез-газа (см. табл.) обеспечивает ^ производство 300 тыс. т ДМЭ/год при следую- § щих технологических показателях двухстадий- ® ной схемы:
Степень использования метанола, % 98 Кратность циркуляции 6
Катализатор синтеза метанола:
обьемная скорость, нм3/м3ч 9743
© 2005 Научно-технический центр «TATA»
© 2005 Scientific Technical Centre «TATA:
Изменение состава технологического потока по ступеням ТКА
Состав Первая ступень Вторая ступень Третья ступень На выходе из КЦА
На входе На выходе На входе На выходе На входе На выходе
% сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч % сух. м3 влажн./ч
С-02 0,20000 90,266 8,84123 6211,022 8,84123 6211,022 14,33994 18078,735 14,3399 4 18078,735 16,06238 30450,332 19,05200 30450,332
со — — 0,07463 211,540 0,30112 211,540 2,37580 2995,232 2,37580 2995,232 4,04452 7667,416 4,79400 7667,416
Н2 — — 32,79902 23041,525 32,79902 23041,525 62,55401 78863,455 62,5540 1 78863,455 75,09746 142366,39 70,32000 111853,114
N2 1.10000 496,463 0,70670 496,463 0,70670 496,463 0,39379 496,463 0,39379 496,463 0,26188 496,463 0,26100 496,463
Н20 0,00000 225665,000 0,00000 213211,949 0,00000 307697,816 0,00000 281178,696 0,00000 504290,292 0,00000 474874,916 0,00000 194,916
сн4 95,40000 43056,882 57,35192 40290,0,93 57,35192 40290,093 20,33645 25638,688 20,3364 5 25638,688 4,53376 8594,908 5,52200 8594,908
с2н6 2,60000 1173,458 0,00000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 — — — — — —
с,н8 0,30000 134,399 0,00000 0,000 0,00000 0,000 0,000 0,00000 — — — — — —
с.4н10 0,20000 90,266 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 — — — — — —
С5Н12 0,20000 90,266 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 — — — — — —
Итого: 100,000 270798,000 100,00 28462,592 100,00 377948,458 100,00 407251,269 100,000 630362,865 100,000 664450,425 100,000 159257,149
h >
CD •
W а
О '
s п
s ^
3 о
s ^
a g
и "О
S CD
J g
л a
s »
Примечание: % сух. — содержание в расчете на сухой газ в об.%; м3 влажн./ч — расход влажного газа.
UJ
обьем, м3 98
число слоев 4
Катализатор синтеза ДМЭ:
обьем, м3 19,6
производительность установки
по ДМЭ, т/ч 33,6
расход байпаса
метанола, кг/ч 13216,6
продувка, нм3/ч 30355,8
Состав конденсата, % масс.:
ДМЭ 40,915
СН3ОН 16,271
Н20 42,814
Температура на входе в реактор
синтеза метанола, °С 242,56
Производительность
по метанолу, нм3/ч 33818,3
Степень превращения
СО + С02 в СН3ОН, % 87,9192
Предельная степень превращения
СО + СО2 в СН3ОН, % 97,6697
Степень превращения СО2, % 87,4741
Степень превращения
синтезированного СН3ОН
в ДМЭ, % 49,7120
Байпас метанола,
% образованного 27,0593
Потери ДМЭ с продувкой, т/ч 0,951
Суммарный выход отбросного газа (водорода) в отделении сепарации, равный 30 тыс. нм3/ч, и продувочного газа в отделении синтеза, расход которого составляет 30356 нм3/ч (метан — 23,2 %, ДМЭ — 1,5 %, водород — 61,1 %, СО — 2,6 %, С02 — 10,2 %, N — 1,3 %), обеспечивает нагрев технологического потока в ТКА (около 200 МВттепл.) и выработку электроэнергии в утилизационном энергоблоке (около 30 МВтэл).
Предлагаемая технология имеет следующие преимущества:
■ высокую гибкость и эффективность по переходу на различные конечные продукты (водород, метанол, ДМЭ, ДММ, полиэтилен, полипропилен, синтетическое топливо, включая бензин);
■ низкий расход природного газа в основной технологии;
■ низкую металлоемкость основного оборудования;
■ простоту обращения и замены катализатора, обеспечение его эффективности;
■ отсутствие необходимости в производстве кислорода;
■ высокую степень внутренней утилизации вторичных ресурсов.
Основным узлом производства синтез-газа в представленной технологии служит термоконверсионный агрегат с высокой энергонапряженностью, обеспечиваемой современными техническими решениями по созданию эффективного теп-лообменного оборудования и, в первую очередь, микроканальной технологией.
Все остальное оборудование и катализаторы освоены в России и за рубежом.
Уже на уровне мощности ТКА около 50 МВт на базе малодебитных источников природного или попутного газа создается производство метанола и ДМЭ с выходом последнего до 75 тыс. я т/год, допускающего организацию производства ^ полиэтилена и полипропилена мощностью до * 45 тыс. т/год. f
и
Список литературы I
и
ь
1. Пономарев-Степной Н. Н., Столяревс- ^ кий А. Я. Атомно-водородная энергетика // | Альтернативная энергетика и экология. 2004. ^ №3(11). С. 5-10. I
2. Ponomarev-Stepnoy N., Stolyarevsky A. 0 Major aspects of strategy of hydrogen-base power development with nuclear energy sources // Proc.
of Int. Conf. on 50 Years of Nuclear Power — the Next Fifty Years. 27 June - 2 July 2004, Obninsk, Russian Federation.
3. Столяревский А. Я. Ядерно-технологические комплексы на основе высокотемпературных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Митенков Ф. М., Кодочигов Н. Г., Вася-ев А. В., Головко В. Ф., Пономарев-Степной Н. Н., Кухаркин Н. Е., Столяревский А. Я. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор — энергоисточник для промышленнного производства водорода // Атомная энергия. 2004. № 11.
5. Клер А. М., Санеев Б. Г., Соколов А. Д., Тюрина Э. А. Оценка эффективности различных технологий дальнего транспорта энергии / / Изв. РАН. Сер. Энергетика. 2000. № 2.
6. Арутюнов В. С. К итогам 7-го Международного симпозиума по конверсии природного газа (NGCS-7) // Катализ в промышленности. 2004. № 5. С. 54-59.
7. Пат. № 4479925 США МКИ С 01С. Preparation of ammonia synthesis gas/Shires Ph. J.; Cassata J. R.; Mandelik B. G.; van Dijk Ch. P. // M. W. Kellogg Company. October 30, 1984.
8. Кубиков В. Б., Грабина О. А., Егоров А. В., Петров В. Н., Розовский А. Я., Сливинский Е. В., Лин Г. И. Эквиметанольные технологии МЖТХ // Докл. на Международ. конф. «СПГ и СЖТ: i мировые и российские перспективы». ООО * «ВНИИгаз», 2004. |
9. Пат. № 2228901 РФ МКИ7 C 01 B3/38. | Способ получения синтез-газа/Кубиков В. Б., | Майдуров Н. П., Розовский А. Я. //Открытия. |
а
Изобретения. 20 мая 2004. £
10. Use of microchannel reactors for the chem- | ical process industries gathers momentum / / Chem- ^ ical & Engineering News. 2004. Vol. 82, No. 41. Я Р. 39-43. 0
11. Stolyarevsky А. Energy-technological systems based on HTGR // 7th World Hydrogen Conf. "Hydrogen Today". Moscow, 25-29. Sept. 1988.
