Пермские ученые создали программу для проектирования малотоннажных установок синтеза метанола
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали программу для расчета и оптимизации малотоннажных реакторов, в которых природный газ преобразуется в метанол. Инструмент позволяет инженеру подобрать длину и диаметр реактора, температуру, давление, скорость подачи и состав сырья. Это открывает новые перспективы использования природного газа и дает предприятиям возможность снижать издержки при производстве химической продукции.
В настоящее время становится актуальным использование природного газа не только как топлива, но и в качестве сырья для получения метанола, аммиака и других химических продуктов. Часто газ добывают на небольших и удаленных месторождениях, однако из-за малых объемов добычи доставка такого сырья на крупные перерабатывающие заводы экономически нецелесообразна.
Одним из вариантов решения является переработка непосредственно на месте добычи с использованием специальных малотоннажных установок. Сегодня их пытаются проектировать по аналогии с крупными промышленными реакторами: исходную конструкцию уменьшают, сохраняя общую схему процесса. Однако при переходе к малым объемам меняются условия теплообмена и движения газа, что приводит к снижению выхода продукта и увеличению его себестоимости. Готовых отечественных инструментов, которые были бы ориентированы на проектирование таких установок, сейчас нет.
Ученые Пермского Политеха разработали отечественную программу для расчета и оптимизации малотоннажных реакторов, в которых природный газ преобразуется в метанол. В отличие от зарубежных аналогов, ее применение позволит значительно снизить затраты на производство.
Чтобы определить, какие параметры нужны для малотоннажного реактора, исследователи математически описали стандартные химические реакции синтеза природного газа. На основе этих данных они создали программу, в которую заложили ключевые процессы: движение газовой смеси, нагрев и охлаждение, а также химические реакции, приводящие к образованию метанола.
«Важно, что инструмент дает возможность на этапе проектирования рассчитать геометрию нового реактора — его длину и диаметр. Инженер может перебрать на компьютере десятки вариантов конструкции и выбрать тот, при котором выход продукта будет максимальным, а риск перегревов и застойных зон — минимальным. Это позволяет создавать более эффективные малотоннажные установки без дорогостоящих натурных экспериментов, — рассказал один из авторов разработки, доцент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ, кандидат технических наук Александр Кондрашов.
Ученые отмечают, что в отличие от расчетов для крупных промышленных установок, где часто достаточно усредненных данных, малотоннажный реактор требует более детального анализа. Даже небольшие отклонения температуры или скорости потока могут заметно повлиять на объемы сырья на выходе. Поэтому программа рассчитывает параметры процесса в разных точках установки и позволяет быстро сравнивать варианты конструкции и режимов работы.
«Для проверки работоспособности программы мы сравнили расчет процесса получения метанола в новой программе с коммерческим аналогом, который широко применяется на заводах для моделирования переработки газа. Результаты показали, что наша программа так же корректно описывает процесс и предсказывает, сколько продукта получится на выходе, — подчеркнул заместитель директора Центра трансфера технологий по работе с индустриальными партнерами ПНИПУ Вадим Котов.
Авторы отмечают, что предложенный ими подход можно адаптировать и для других процессов переработки газа: получения аммиака, диметилового эфира и синтетических бензинов. Это делает программу универсальной основой для проектирования установок, которые смогут перерабатывать газ прямо на месте добычи и вовлекать в промышленный оборот ресурсы небольших и удаленных месторождений.