Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0131

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0131
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук
Название доклада
Разработка комбинированного энергохимического процесса прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол, синтетический бензин и электроэнергию.
Докладчик
Арутюнов Владимир Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проект направлен на достижение одной из важнейших целей современного топливно-энергетического комплекса – создание экономически эффективных технологий превращения газообразных углеводородных ресурсов, в том числе из малодебитных и нетрадиционных источников, в более востребованные и более легко транспортируемые на мировые рынки жидкие химические продукты и моторные топлива.
Целью проекта является создание новой комбинированной энергохимической технологии прямой окислительной конверсии природных и попутных газов с получением таких востребованных продуктов, как метанол и бензин, а также электроэнергии. Создание данной технологии откроет принципиальную возможность решения важнейших проблем повышения энергоэффективности нефтегазового комплекса и более рационального использования природных энергетических ресурсов. Компактная одностадийная малотоннажная технология прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол не требует сложной и дорогостоящей промежуточной стадии их превращения в синтез-газ. Она позволит экономически обосновано прекратить факельное сжигание попутных нефтяных газов (ПНГ), удовлетворять собственные потребности газодобывающих предприятий в электроэнергии и метаноле-ингибиторе гидратообразования, экономически эффективно превращать природный газ малодебитных и низконапорных месторождений в легко транспортируемые жидкие химические продукты и топлива. В частности, будет разработана технология последующей конверсии метанола в такой востребованный, в том числе в местах добычи ПНГ, продукт, как бензин.
Актуальность и новизна исследования
В последние годы было установлено, что природный газ является основным углеводородным ресурсом, способным обеспечивать потребности мировой экономики и энергетики еще в течение длительного периода. Однако практически все современные крупнотоннажные газохимические технологии получения из природного газа различных химических продуктов и моторных топлив основаны на энерго- и капиталоемкой стадии его предварительной конверсии в синтез-газ, на которую приходится до 70% затрат на получение целевых продуктов, что делает эти процессы сложными и низкорентабельными. Поэтому в последние годы все большее внимание привлекают процессы прямого превращения природного газа в востребованные химические продукты, не требующие сложной и дорогостоящей стадии получения синтез-газа. Особенно актуальна эта проблема для создания малотоннажных газохимических процессов переработки попутных газов и газов из нетрадиционных источников, для которых традиционные газохимические технологии на основе получения синтез-газа принципиально не рентабельны. В основе данного проекта лежит принципиально новая технология прямой окислительной конверсии углеводородных газов в метанол и другие кислородсодержащие соединения (оксигенаты). Технология основана на фундаментальных исследованиях в области кинетики окисления углеводородов отечественной школы химической физики, значительно опережающих мировой уровень. Создание новых технологических процессов на базе прямого окисления углеводородных газов в оксигенаты позволит расширить возможности практического использования нетрадиционных источников природного газа и снизить экологический и экономический ущерб от факельного сжигания попутного газа.
Описание исследования

В результате реализации проекта будут созданы научные и технологические основы принципиально новой комбинированной энергохимической технологии прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол, бензин и электроэнергию, позволяющей значительно снизить капитальные и операционные затраты по сравнению с традиционными процессами получения метанола и бензина на основе синтез-газа. Будет спроектирована, изготовлена и введена в эксплуатацию демонстрационная установка прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол производительностью по газу не менее 300 м3/ч, на которой будет отработан проточный вариант процесса, выбраны его оптимальные режимы, исследована его устойчивость и стабильность рабочих параметров. Будет спроектирован и изготовлен демонстрационный модуль получения бензина из продуктов прямой окислительной конверсии природного газа, на котором будут проведены испытания и наработаны опытные образцы бензина, исследованы его состав и свойства. Будут разработаны исходные данные на проектирование модуля получения бензина для опытно-промышленной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол. Будет разработано технико-коммерческое предложение, включая ТЭО, для создания опытно-промышленной комбинированной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол с возможностью последующей конверсии метанола в бензин производительностью по природному газу не менее 2 тыс. м3/час. Основными методами проведения работы являются кинетическое моделирование процессов парциального окисления газофазных углеводородов при повышенных давлениях, поведение экспериментальных исследований парциального окисления как индивидуальных компонентов природного газа, так и их сложных смесей, имитирующих реальные природные и попутные газы. Проводится также экспериментальное исследование каталитических процессов превращения получаемых при парциальном окислении водно-метанольных смесей в диметиловый эфир и бензин. На базе теоретических и лабораторных исследований проектируются и изготавливаются укрупненные демонстрационные установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол и получения бензина из продуктов прямой окислительной конверсии природного газа. На этих установках будут отработаны оптимальные параметры процессов, рабочие режимы и получены исходные данные для составления ТЭО опытно-промышленной комбинированной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол с возможностью последующей конверсии метанола в бензин.

Результаты исследования

В настоящее время проект находится в стадии завершения 2-го этапа. Проведены теоретические исследования устойчивости различных режимов окислительной конверсии природных газов. Показана принципиальная возможность повышения выхода целевых продуктов окисления при проведении процесса в нестационарном режиме как в условиях возникновения термокинетических автоколебаний, так и при параметрическом управлении процессом. Проведены экспериментальные исследования процесса получения метанола из углеводородных газов различного состава на существующей лабораторной установке высокого давления ИПХФ РАН. На основе анализа полученных результатов разработаны рекомендации по составлению технологического регламента процесса получения метанола на экспериментальном образце демонстрационной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол производительностью по газу не менее 300 м3/ч. Изготовлен экспериментальный образец лабораторной совмещенной установки получения бензинов из продуктов прямого парциального окисления природного газа и проведены экспериментальные исследования данного процесса, разработан и изготовлен экспериментальный образец демонстрационного модуля получения бензина из продуктов демонстрационной установки  прямого парциального окисления природного газа. Разработан блок управления и аналитического контроля для экспериментального образца демонстрационной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол и завершается его изготовление. Разработана эскизная и рабочая конструкторская документация на экспериментальный образец блока получения метанола демонстрационной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол производительностью по газу не менее 300 м3и завершается его изготовление. Разработана эскизная и рабочая конструкторская документация на изготовление экспериментального образца демонстрационной энергохимической установки прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол производительностью по газу не менее 300 м3/ч и ведется его изготовление. Разработан технологический регламент процесса получения метанола на демонстрационной энергохимической установке прямой окислительной конверсии природных и попутных газов в метанол производительностью по газу не менее 300 м3/ч, а также разработаны программы и методики проведения исследовательских испытаний.

Практическая значимость исследования
Результаты реализации проекта откроют возможность создания принципиально новой малотоннажной технологии прямой конверсии углеводородных газов в метанол, бензин и другие химические продукты с высокой добавленной стоимостью, что позволит монетизировать труднодоступные и удаленные углеводородные ресурсы. Появится возможность вовлечь в промышленную разработку малодебитные и нетрадиционные источники углеводородных газов, обеспечить удаленные газодобывающие регионы химическими продуктами и моторными топливами, производимыми из местных ресурсов. Проблема рентабельной конверсии углеводородных газов в жидкие химические продукты остается одной из наиболее сложных технологических проблем современной энергетики. Несмотря на колоссальные усилия и огромные средства, вложенные в разработку таких технологий крупнейшими зарубежными нефтегазовыми компаниями, даже крупные газохимические комплексы, построенные в последние годы в максимально благоприятных условиях Ближнего Востока и Африки и использующие наиболее дешевое в мире сырье, балансируют на грани рентабельности. Из-за сложности этих процессов уровень капитальных затрат в разы превысил первоначальные оценки. Для российских газодобывающих регионов экономически рентабельное применение этих зарубежных технологий практически полностью исключено. Наиболее реальным направлением создания рентабельных малотоннажных процессов конверсии газа в жидкие продукты, столь необходимые российской газовой отрасли и энергетике, остается разработка прямых методов химического превращения углеводородных газов, не требующих их промежуточной конверсии в синтез-газ, что позволяет в 2-3 раза снизить капитальные затраты на их реализацию. Создание новых малотоннажных технологий превращения природного газа в химические продукты и жидкие моторные топлива с объемом производства на уровне нескольких тысяч м3/ч будет способствовать развитию местного производства в газодобывающих регионах, созданию там новых рабочих мест и повышению уровня их энергобезопасности. Это позволит сократить объем северного завоза топлива и факельное сжигание попутного газа.