Группа компаний
«ЭНЕРГОСИНТОП» 125412 Москва,
ул.Ижорская, д.13/19, корп.1-Б, офис 205 |
МОДУЛЬНЫЕ
ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ
УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ В МЕТАНОЛ, ВЫСОКО- ОКТАНОВЫЙ
БЕНЗИН, ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР И ВОДОРОД |
тел.4841629 office@energosyntop.com |
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
«СИНТОП-1» и «СИНТОП-300»
Комплекс научно-исследовательских работ, выполненных
в Экспериментальном комплексе “Новые энергетические технологии” ИВТ РАН на малой
установке “Синтоп-
в
метанол и бензин, позволил создать необходимую научно-техническую базу для
создания крупномасштабной комплексной установки “Синтоп-
Важную роль сыграло создание в ИВТ
РАН и последующая экспериментальная проверка кинетической математической модели
конверсии метана в цилиндре ХРС, которая позволяет моделировать процесс в любом
конкретном дизеле при различных входных параметрах и составах рабочей смеси,
различных фазах газораспределения и других специфических параметрах, выдавая
при любом положении коленчатого вала данные по температуре, давлению, составу
синтез-газа, мощности и др.
Основной задачей при создании “Синтоп-
Для контроля параметров во время проведения
экспериментов были установлены необходимые термопары, датчики расхода, состава
газа и давлений. Данные обо всех измеряемых параметрах через контроллеры
вводятся в компьютер, производится их обработка, и результаты выдаются на
монитор в виде таблиц и графиков, по которым ведется оперативное управление и
формируется база данных.
На валу дизеля установлен обратимый асинхронный
мотор-генератор, который при запуске выполняет роль стартера, а при подаче газа
вырабатывает электроэнергию. Этот вариант с асинхронным генератором не
является оптимальным, так как в обоих режимах потребляется реактивная мощность,
и продиктован он только соображениями простоты и дешевизны. На промышленной установке
предпочтение должно быть отдано синхронному генератору с пусковой обмоткой. На
рис. 2 представлена принципиальная схема созданной установки “Синтоп-
Установка оснащена целым комплексом дополнительных
устройств, которые позволяют работать с различными способами воспламенения
смеси. Это дает возможность на одном дизеле опробовать самые различные способы
воспламенения топливного заряда и ведения режима производства синтез-газа,
оптимизации его состава, выработки электрической мощности, снижения
сажеобразования. Этим же целям служит созданная бесконтактная система контроля
процесса горения в каждом цилиндре, прибор для непрерывного измерения
концентрации сажевых частиц и ряд других.
Конечной целью проведенных экспериментов являлся
выбор наиболее простых, доступных и дешевых способов управления процессом
парциального окисления углеводородных газов в многоцилиндровом промышленном
дизеле с минимальными переделками для превращения его в ХРС.
Эта задача была решена, и сейчас генератор устойчиво
выдает синтез-газ следующего состава: Н2 – 22–23%; СО – 12–14%; СО2 – 1,5–2,2%;
СН4 – 1,5–1,7%; О2 < 0,5%, остальное – азот.
Состав забалластированного азотом синтез-газа
существенно улучшается при повышении содержания кислорода в окислителе, причем
при концентрации О2 31–33%, что
сегодня легко достижимо с помощью полимерных мембран, концентрация водорода
достигает 33–34%, улучшается соотношение Н2/СО, снижается проскок метана и
кислорода.
Рис.
2. Схема генератора синтез-газа.
1, 4,
10 – фильтры, 2 – теплообменник, 3 – охладитель воздушный, 5 – охладитель
водяной,
6 – влагоуловитель, 7 – мотор-генератор, 8 – модифицированный дизель, 9 –
компрессор.
Пуск установки из холодного состояния занимает 10–15
минут, и основное время занимает разогрев двигателя, масла и окислителя. На
рис. 3 приведена диаграмма изменения вырабатываемой электрической мощности
и состава газа при пуске ХРС.
Мощность CO2 CH4 H2 O2 CO
Рис.
3. Диаграмма параметров пуска ХРС.
Поддержание установленного режима работы ХРС сводится
к регулированию одного-двух параметров и может быть автоматизировано с
применением доступных недорогих средств. Достигается это благодаря сохранению
на всех режимах постоянных оборотов дизеля, определяемых частотой
сети.
Концепция технологии дальнейшей конверсии полученного
синтез-газа в метанол и бензин вырабатывалась совместно с ЗАО “Новые
каталитические технологии” Института органической химии РАН. Спецификой данной
технологии является использование забалластированного азотом синтез-газа для
наиболее простого и дешевого способа получения метанола как целевого или
промежуточного продукта для дальнейшей переработки его в высокооктановый бензин
или диметиловый эфир.
Вкратце, дальнейший путь синтез-газа, полученного в
ХРС, выглядит следующим образом: высокотемпературная очистка от сажи,
охлаждение, компримирование до 4–5 МПа, очистка от следов компрессорного масла
и поступление в три последовательно соединенных кожухотрубных реактора,
охлаждаемых кипящей водой. В качестве катализатора используется промышленный
метанольный катализатор отечественного или зарубежного производства.
Предпочтительнее использовать высокопроизводительные зарубежные катализаторы с
длительным сроком службы без регенерации (4–5 лет). Это позволяет на
крупнотоннажных производствах при одной и той же производительности уменьшить в
2–3 раза объем реактора по сравнению с реакторами с традиционно применяемыми
катализаторами. На рис. 4 представлена принципиальная схема химико-технологической
части установки “Синтоп-
Рис.
4. Схема химико-технологической части по производству метанола.
1, 2,
3 – реакторы метанольные, 4 – реактор кислородный, 5, 6, 7 – холодильники,
8, 9, 10 – сепараторы, 11 – бак метанола.
При использовании забалластированного азотом
синтез-газа удается решить проблему уменьшения количества снимаемого тепла за
счет снижения концентрации водорода и оксида углерода. Использование азота в
качестве теплоносителя способствует интенсификации теплоотдачи от слоя
катализатора к стенкам. Все эти факторы дают возможность при однопроходном
синтезе метанола получить высокую степень конверсии и селективности и позволяют
без ректификации прямо на выходе реакторов получать 96–98% МеОН с
незначительными примесями высших спиртов и ДМЭ, остальное – вода.
Если метанол не используется как целевой продукт, то
с помощью насоса-дозатора он подается в трехступенчатый блок
реакторов полочного типа с цеолитовым катализатором для переработки в
высокооктановый бензин. Из
В случае двухстадийного процесса производства ДМЭ из
Необходимо
добавить, что после проведения шифтконверсии синтез-газа в реакции
Н2О + СО → Н2 + СО2 ХРС может успешно
применяться для производства водорода из углеводородных газов. Мембранные
технологии выделения Н2 позволяют осуществить этот процесс без особых
технических трудностей. Производительность таких установок может достигать до
5 тыс. нм3/час в одном агрегате. При этом себестоимость получаемого таким
способом водорода в несколько раз ниже получаемого традиционными способами с
учетом эффективности процесса и дополнительной выработки электроэнергии,
которая может быть использована либо для компримирования полученного водорода,
либо получения его дополнительного количества электролитическим способом.