Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка
высокотемпературного реактора пиролиза углеводородного сырья с
получением синтез газа, для производства синтетического моторного
топлива»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0063
Организация
НГТУ
Руководитель работ
Васильев Виктор Александрович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 24 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Внебюджетные средства
9,2 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 30.10.2009
1. Наименование разрабатываемой продукции
Разработка высокотемпературного реактора пиролиза углеводородного сырья с получением синтез газа, для производства синтетического моторного топлива
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. В ходе работ по 1му этапу в соответствии с техническим заданием были выполнены: материальные, тепловые и гидравлические расчеты. Создана математическая модель пиролиза, которая включает анализ кинетики и термодинамики процессов пиролиза, влияние температуры процесса на термодинамически равновесный выход продуктов.
Разработан стенд для проведения испытаний в жидком теплоносителе. Проведена серия экспериментов.
2.2. Проведенный литературный и патентный обзор показал новизну разрабатываемой технологии, ближайшый аналог CA2526300 имеет существенные отличия, что позволяет провести патентование как способа получения синтезгаза по нашей технологии, так и отдельных узлов и агрегатов нашей установки.
2.3. На 1м этапе работ проводились: литературный обзор, патентные исследования, разработка математической модели пиролиза, включая кинетику и термодинамику переработки биогаза, оценку влияние температуры процесса на термодинамически равновесный выход продуктов.
Объектом исследования являются установки для высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья.
Цель работы - разработка математической модели высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе. На последующих этапах работы создание установки высокотемпературного пиролиза.
В процессе работы проводились экспериментальные исследования гидродинамических характеристик всплытия уединенных газовых пузырей и организованного струйного барботажа. Разработана математическая модель высокотемпературного пиролиза.
В ходе выполнения работ получены следующие результаты:
1. Изготовлен стенд холодного моделирования технологических процессов в реакторе.
2. Проведены испытания по холодному моделированию
3. Проведены оценочные расчеты параметров процесса, которые затем были скорректированы на основе точного расчета по разработанной модели. Установлено что:
характерное время нагрева пузырька радиусом 2 мм составляет 0.15 с
время полного превращения составляет 0.2-0.4 с в зависимости от температуры
необходимая высота жидкого теплоносителя составляет 0,5 - 1 м
2.4. На 1м этапе работы проведен патентный поиск, в том числе по сходным тематикам работ. В настоящее время действует приказ о ноу-хау, планируется подача заявок на патенты РФ: «способ получения синтезгаза», «установка для получения синтез газа».
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Впервые выделить из угля нефть удалось в 1913 году германскому химику Фридриху Бергиусу. В ходе процесса, получившего название «деструктивная гидрогенизация», уголь в присутствии катализатора при высокой температуре вступал во взаимодействие с водородом, который подавался в больших количествах под сильнейшим давлением. Конечным продуктом процесса было жидкое топливо (компания BASF в 1913 году получила патент на получение смесей углеводородов и спиртов из синтез-газа над подщелоченными Co-Os катализаторами). В 1923 году немецкие ученые Фишер и Тропш усовершенствовали технологию, позволившую организовать промышленное производство бензина (использовался Co-Th осажденный катализатор). Однако последовавшее в 30-е годы падение цен на нефть сделало производство в Лойне полностью нерентабельным. Но помогла война. С 1940 по 1943 год производство синтетического топлива выросло до 450 тыс. л в день. В 1944 году доля синтетического горючего в авиации составляла 92% от всех поставок. А в сухопутной армии — 57%. К 1945 г в мире имелось 15 заводов синтеза Фишера-Тропша (в Германии, США, Китае и Японии) общей мощностью около 1 млн.т углеводородов в год. Они выпускали в основном синтетические моторные топлива и смазочные масла. После войны необходимость в производстве синтетики в Европе отпала сама собой.
Сейчас мировым лидером по производству синтетического топлива является южноафриканский химический концерн Sasol. Возрождение немецких технологий потребовалось после того, как два десятилетия назад ООН из-за режима апартеида ввела против ЮАР экономические санкции. Поступления нефти извне резко сократились, а своих месторождений у ЮАР не было. Бензин из угля сильно поддержал экономику ЮАР, и на данный момент каждый третий литр автомобильного топлива является синтетическим. В авиации эта доля еще больше. Крупные авиакомпании на базе аэропорта Йоханнесбурга заправляют свои самолеты полусинтетическим топливом, в котором соотношение синтетики и обычного керосина составляет 50 на 50.
В работах по созданию производства СЖУ с применением технологии GTL принимают участие как крупнейшие транснациональные компании (Exxon, Roual Dutch/Shell, BP, Statoil, Texaco, Phillips, Chevron), так и мелкие специализированные компании (Syntroleum Corp., Rentech Inc. и др.), а также южноафриканская Sasol. Компания Sasol владеет одной из наиболее популярных технологий GTL, которую применяет на собственном заводе; при этом она не только охотно продает лицензии на эту технологию, но и участвует в трех проектах по ее внедрению (в Катаре, Нигерии и Норвегии) совместно с крупными нефтяными компаниями.
Таким образом, создание комплексной научно-обоснованной технологии пиролиза метансодержащего газа в жидком теплоносителе при повышенных температурах, которая позволяет решить проблемы получения синтетического бензина в местах компактного проживания людей, вблизи городов.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов: в настоящее время разрабатывается курс лекций по высокотемпературным печам пиролиза, способам получения синтез газа и синтетического моторного топлива, обзор технологий и технико экономическое сравнение существующих технологий.
Развернуть
2
15.01.2010 - 15.06.2010
Объектом исследования являются установки для высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья.
Цель работы - разработка конструкторской документации и изготовление стенда высокотемпературного пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе.
В процессе работы была скорректирована математическая модель высокотемпературного теплообмена в жидком теплоносителе, проведены тепловые и гидравлические расчеты по теплообмену между газом и теплоносителем в режиме пузырькового и струйного барботажа, разработана документация для модифицирования стенда гидравлического моделирования, разработана документация и эскизные проекты на нестандартное оборудование, изготовлены нестандартные детали для установки высокотемпературного пиролиза, разработана методика проведения испытаний на стенде гидравлического моделирования с применением нагревательного устройства и методика проведения экспериментов на стенде высокотемпературного пиролиза, в том числе в 2х диапазонах температур 700 – 1000 С и 1150 – 1250 С, для режимов пиролиза метана с получением водорода, ацетилена и этилена и для углекислотной конверсии метана с получением синтез газа.
Установлено, что время нагрева в расплаве меди пузырька метана радиусом 2 мм при температуре 1200 С составляет 2,1*10-5 с, пузырька радиусом 1 мм при температуре 1200 С составляет 0,9*10-5 с. Струи метана радиусом 5 мм при температуре 1200 С составляет 5,2*10-5 с.
Разработаны мероприятия по охране труда, технике безопасности и пожарной безопасности при работе установки пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе.

В ходе выполнения работ получены следующие результаты:
1. Разработана конструкторская документация установки пиролиза, включая документацию на нестандартные детали оборудования.
2. Модифицирован стенд исследования гидродинамических характеристик движения газа в жидком теплоносителе.
3. Изготовлен стенд высокотемпературного пиролиза в жидком теплоносителе.
4. В ходе выполнения этапа опубликовано 24 научных работ в виде тезисов и статей в научно-технических сборниках, в том числе 4 работы в журналах ВАК, 2 учебных пособия. Отправлены на рецензию 6 работ для публикации в журналах из списка ВАК. На научно-технических конференциях сделано 7 сообщений.
5. Диссертация Гущина В.Н. на соискание ученой степени доктора технических наук представлена на рассмотрение совета МИСиСа.
6. Успешно защищена диссертация и получено подтверждение о присвоении Рожкову И.И. ученой степени кандидата технических наук.
7. Принято на полную ставку 3 инженера-исследователя (научных сотрудника) в возрасте до 35 лет.

Защита интеллектуальной собственности осуществляется отделом интеллектуальной собственности Нижегородского государственного технического университета им Р.Е.Алексеева.
Развернуть
3
15.06.2010 - 15.10.2010
3.1. Проведение испытаний
3.2. Проведение анализов
3.3. Разработка программы внедрения результатов
НИР в образовательный процесс
3.4. Разработка эскизных предложений по
компоновке в производственном помещении
3.5. Доработка математической модели пиролиза
3.6. Проведение технико-экономической оценки
полученных результатов
Развернуть
4
15.01.2011 - 26.06.2011
4. 1 . Проведение испытаний
4.2. Проведение анализов
4.3. Оценка возможности применения полученного
топлива в двигателях внутреннего сгорания
4.4. Разработка программы внедрения результатов
НИР в образовательный процесс
4.5. Разработка эскизных предложений по
компоновке в производственном помещении
4.6. Проведение патентных исследований,
4.7. Доработка математической модели пиролиза,
4.8. Выполнение материальных, тепловых и
гидравлических расчетов
4.9. Проведение технико-экономической оценки
полученных результатов
разработка бизнес плана
4.10. Разработка конструкторской документации на
опытно-промышленную установку пиролиза
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2007 - 2008, 16 мес.
Бюджетные средства
14 млн
Организация
РТУ МИРЭА
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 16 мес.
Бюджетные средства
7,42 млн
Организация
ФГБОУ ВО "УГНТУ"
профинансировано
Тема
Разработка технологии и создание установки производства моторного топлива и других ценных продуктов из высокоэнергонасыщенной биомассы.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 31 мес.
Бюджетные средства
300 млн
Количество заявок
4
Тема
Разработка методов и методик для приготовления экологически безопасных композиционных котельных топлив с использованием технического глицерина – побочного продукта производства биодизельного моторного топлива.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка технологии и создание энерготехно-логического комплекса совместного производства электроэнергии и синтетического жидкого топлива (СЖТ) из природного газа.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 29 мес.
Бюджетные средства
90 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка основ технологии производства синтез-газа в составе модульных комплексов конверсии попутного газа в синтетическую нефть.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка и реализация принципов создания ресурсо- и энергосберегающих технологий на примере разработки совмещенного процесса производства высокооктановых добавок к моторным топливам изомеризацией фракции н-углеводородов С5–С6.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1