Малотоннажная установка производства метанола с получением синтез-газа парциальным окислением природного газа кислородом с коррекцией состава для оптимального синтеза метанола

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Предложена концепция создания малотоннажных установок получения метанола. В них входят два основных узла: комплекс получения синтез-газа путем некаталитического парциального окисления природного газа кислородом и комплекс синтеза метанола с использованием прямоточного многореакторного каскада с выделением конденсированного метанола после каждого реактора. Установка может входить в химический кластер и перерабатывать метанол в полезные продукты.

Цель. Описание технологии и конструкции установки, определение ее основных показателей.

Методы. Проектирование установки, математическое и численное моделирование химико-технологических процессов.

Результаты и выводы. Изложен новый технологический процесс малотоннажного производства метанола. Основным аппаратом установки является оригинальный малогабаритный газогенератор синтез-газа, который обеспечивает: высокую безопасность, надежность и ремонтопригодность; отсутствие необходимости применения катализатора при некаталитическом парциальном окислении и возможность проведения процесса при высоких давлениях до 8,0 МПа, не требующих компримирования газа при последующем каталитическом синтезе метанола; транспортабельность и модульность установки. Приведены результаты численного моделирования некаталитического парциального окисления природного газа кислородом, определены рациональные режимы процесса в газогенераторе синтез-газа. Основные задаваемые параметры некаталитического парциального окисления: коэффициент избытка окислителя, который должен находиться в диапазоне 0,34–0,36, и давление подач компонентов в диапазоне 6,0–7,0 МПа. Проведено численное моделирования процесса синтеза метанола без коррекции и с предварительной коррекцией состава синтез-газа. Полученные данные позволили: рассчитать степень превращения углерода из оксидов углерода в метанол; при использовании трехреакторного каскада с оптимальным составом газовой смеси степень превращения достигает 95 %; оценить максимальную удельную производительность установки до 1250 кг/час метанола на 1000 м3/ч природного газа и максимальную мощность установки до 20000 т метанола в год.

Об авторах

Юрий Владимирович Загашвили

ООО «ВТР»

Автор, ответственный за переписку.
Email: y.zagashvili@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, научный руководитель

Россия, 194358, г. Санкт-Петербург, ул. Заречная, 17/1

Алексей Михайлович Кузьмин

ООО «ВТР»; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: kuzmin.lex@gmail.com

кандидат технических наук, доцент, заместитель проректора по образовательной деятельности, генеральный директор

Россия, 194358, г. Санкт-Петербург, ул. Заречная, 17/1; 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Василий Николаевич Ефремов

ООО «ВТР»

Email: vne45@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент, главный технолог

Россия, 194358, г. Санкт-Петербург, ул. Заречная, 17/1

Список литературы

  1. Methanol. The basic chemical and energy feedstock of the future / M. Bertau, H. Offermanns, L. Plass, F. Schmidt, H.-J. Wernicke. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2014. – 661 p. doi: 10.7868/S0028242118020077
  2. Технология переработки углеводородных газов / В.С. Арутюнов, И.А. Голубева, О.Л. Елисеев, Ф.Г. Жагфаров. – М.: Юрайт, 2020. – 723 с.
  3. Кемалов Р.А., Кемалов А.Ф. Технологии получения и применения метанола. – Казань: Казан. ун-т, 2016. – 167 с.
  4. Non-catalytic partial oxidation of hydrocarbon gases to syngas and hydrogen: a systematic review / I.A. Makaryan, E.A. Salgansky, V.S. Arutyunov, I.V. Sedov // Energies. – 2023. – Vol. 16. – № 2916. DOI: https://doi.org/10.3390/en16062916
  5. Autothermal reforming technology for modern large-scale methanol plants / P.J. Dahl, T.S. Christensen, S. Winter-Madsen, S.M. King. – Paris. Nitrogen+Syngas, 2014. –12 p.
  6. Prodan V.D., Klyushenkova M.I., Borodacheva E.I. Low-tonnage methanol production, Russia // Chemical and Petroleum Engineering. – 2013. – Vol. 49 (7–8). – P. 443–446. doi: 10.1007/s10556-013-9771-z
  7. New concept for small-scale GTL / V.S. Arutyunov, A.V. Nikitin, L.N. Strekova et al. // Chemical Engineering Journal. – 2015. – Vol. 282. – P. 206–212. doi: 10.1016/j.cej.2015.02.082
  8. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М., Ефремов В.Н. Малотоннажная установка метанола в промысловых условиях // Нефтегазовое дело. – 2024. – № 1. – С. 195–237. DOI: https://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2024-1-195-237 .
  9. Малотоннажные установки получения водорода с некаталитическим газогенератором парциального окисления природного газа / Ю.В. Загашвили, В.Н. Ефремов, А.М. Кузьмин, Е.З. Голосман // Получение, хранение и применение водорода. Новые идеи и перспективные разработки. – М.: РАН, 2023. – С. 43–62.
  10. Розовский А.Я., Лин Г.И. Теоретические основы процесса синтеза метанола. – М.: Химия, 1990. – 272 с.
  11. Синтез метанола – повышение эффективности установки и производительности в течение всего срока службы. URL: https://www.clariant.com/en/Business-Units/Catalysts/ Syngas-Catalysts/Methanol (дата обращения 20.02.2024).
  12. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Управление составом синтез-газа для малотоннажного производства метанола // Технологии нефти и газа. – 2018. – № 3. – С. 54–59.
  13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2023616495 РФ. Complex SG calculations / А.М.Кузьмин, А.А. Баранкевич, Ю.В. Загашвили и др. 2023610566, заявлено 11.01.2023, опубл. 28.03.2023.
  14. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. – М.: Красанд, 2011. – 590 с.
  15. Soot formation in the methane partial oxidation process under conditions of partial saturation with water vapor / D.S. Lugvishchuk, P.I. Kulchakovsky, E.B. Mitberg, V.Z. Mordkovich // Petroleum Chemistry. – 2018. – Vol. 58. – № 5. – P. 427–433. doi: 10.1134/S0965544118050109
  16. Numerical simulation of natural gas non-catalytic partial oxidation reformer / Y. Xu, Z. Dai, C. Li et al. // Int. J. Hydrogen Energy. – 2014. – Vol. 39. – № 6. – P. 9149–9157. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.03.204
  17. Influence of temperature and pressure on the non-catalytic partial oxidation of natural gas / P. Brüggemann, P. Seifert, B. Meyer, M. Müller-Hagedorn // Chemical Product and Process Modeling. – 2010. – Vol. 5. – Iss. 1. – Article 1. – P. 1–24. doi: 10.2202/1934-2659.1444
  18. Ghoneim S.A., El-Salamony R.A., El-Temtamy S.A. Review on innovative catalytic reforming of natural gas to syngas // World Journal of Engineering and Technology. – 2016. – № 4. – P. 116–139. doi: 10.4236/wjet.2016.41011
  19. Simulation of non-catalytic partial oxidation and scale-up of natural gas reformer / W. Guo, Y. Wu, L. Dong, C. Chen, F. Wang // Fuel Processing Technology. – 2012. – Vol. 1. – № 6. – P. 45–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2012.01.019
  20. Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Влияние состава водородсодержащего газа на выход метанола // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 331. – № 10. – С. 187–195. doi: 10.18799/24131830/2020/10/2871
  21. Синтез метанола в системе проточных реакторов / А.В. Черепнова, А.А. Лендер, А.Г. Краснянская, Н.А. Бондарева // Катализ и нефтехимия. – 2000. – № 5–6. – С. 69–74.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).