Исследование процесса получения синтез

ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«Реализация НИОКР в области
энергетики и энергосбережения»
Исследование процесса получения
синтез - газа из углей с регулируемым
соотношением Н2 – СО
для энерготехнологических комплексов
ГК № 16.516.11.6131 ООО Автоматика-Дон
Савостьянов Александр Петрович, д.т.н., проф.
Москва, ноябрь 2011 г.
1
Проблема


Ограниченность запасов нефти;
Необходимость диверсификация энергетической
и сырьевой базы экономики на уголь
Для России проблема «сглажена
газовой паузой». Запасы природного
газа обеспечивают потребление на 50 –
100 лет.
Вынуждены решать проблему диверсификации:
Китай, США, Австралия, ЮАР, Германия.
2
Пути решения проблемы
Комплексный подход с использованием:
 - междисциплинарного принципа –
в научном обосновании;
 - межотраслевого принципа –
в технологическом отношении;
 - организационно – финансовое
обеспечение – партнёрство государства и
бизнеса.
.
3
Опыт выполнения работ
ФЦП - поддержаны ряд научных школ РФ



ГК № 02.740.11.0754 от 12.04.2010 г. «Разработка теоретических
основ и технологических решений создания энерго-технологических
комплексов с использованием углей по производству
синтетических топлив и углеводородного сырья для химической и
нефтехимической промышленности» . ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры…»
ГК № 16.516.11.6131от 22 .09. 2011г. «Проведение проблемноориентированных поисковых исследований в области получения
синтез-газа из углей для энерготехнологических комплексов»
ФЦП «Развитие исследований…».
ГК от 1.01.2009 «Разработка теоретических основ
ресурсосберегающих технологий комплексной переработки золы и
шлака твердых топлив ТЭС» ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры…»
Научный консорциум




Энергетики – специалисты по ТЭС;
Химики – технологи – специалисты по
катализу, процессам и аппаратам химикотехнологических процессов;
Инженеры – механики – конструирование
и изготовление реакторов и
вспомогательной аппаратуры;
Инженеры по автоматизации –
моделирование, контроль и управление
5
производством.
Основные элементы комплекса

Газификация угля:
- наземная; подземная;
(органического сырья,
конверсия попутных газов,…..)

.
Эколого – технологический: -выделение серы, SO2;
- производство углекислоты;
- стройматериалы.

Энергетический:
- электроэнергия;
- тепловая энергия.

Технологический: - жидкое моторное топливо;
- синтетический природный газ;
- твёрдые углеводороды (церезин);
- этилен…
6
Энерготехнологический комплекс
на угле
Ввод наномодификатор
а
(катализатора
)
ТЭС – тепловая и
электрическая
энергии
Газо- и
Подвод воздуха
(кислорода)
Синтезгаз
Подвод топлива
жидкофазные
энерго-
Подвод воды
носители,
Сера
Твердые
отходы
Установка
для
утилизации
ЗШО
СО2
Шлакоситал,
шлакощебень
олефины
Производство углеводородов из угля
1 – газификатор;
2 – котёл‐утилизатор;
3 – водоподогреватель; 4,6,28,37 – воздушные
холодиль‐ники;
5,8,26,29,35,38 –
сепараторы;
7–сруббер‐охладитель;
9,14–абсорберы; 10,11,13,15,16,18,19,20,2
2,25,31,34‐
теплообменники;
12,17 – десорберы;
21 – реактор конверсии
оксида углерода;
23,32 – реакторы
синтеза углеводородов;
24,33 – паросборники; 27,30,36,39 – сборники
углеводородов. МЭА, ДЭА – моно – и
диэтаноламин или
другие селективные
абсорбенты
8
Цель работы
по ГК № № 16.516.11.6131 от 22.09.2011 г.
Разработка научно-технических решений
получения синтез-газа с регулируемым
соотношением Н2 – СО с повышенной
калорийностью газового энергоносителя
из углей методами физико-химического
воздействия.
9
Агрегат газификации угля
Бункер для угля
Краны шаровые
Шлюзовая камера загрузки
угля
Пульт управления
Регулятор давления
Сборник‐конденсатор
Газификатор
Штуцеры паровой и
кислородный
Напорный бак
Охладитель золы
Газовый счётчик
Парогенератор
10
Газификатор
с охладителем золы и шлюзовой камерой
11
Иерархия уровней
математического моделирования

Технологическая система

Реакционный объём

Гранула катализатора

Поверхность катализатора
12
Математическая модель стационарного процесса
синтеза углеводородов в трубчатом реакторе
  2C 1 C  C
 
   0,
П D  2 
   
 
  2T 1 T  T Q0
 
   0,
ПT  2 
    c p
 
L
  rX
U
 1

P


с начальными и граничными
условиями:
при ξ=0, T=T0, C=C0
T C
C

0
при ρ=0:
0
 

при ρ=1: П T
где

T
  TX  T 

0L
c p R0U
 22.4 n  1 


y 1  y 
Nr
n
 E 

exp 
rX  A  P   CO

2
RT


 22.4 n  1 



y

 NrH
2
1

n
2


  f C , T , P 
C n  n1     n1
2
13
Реактор синтеза углеводородов
Параметры
Сырьё
–
природ
ный газ
Уголь
Производительность по С3-С19, тонн в
год
10000
Расход природного газа,
Угля ,
3500
-
200
5
4
3
2
Температура , 0С
До 235
230
Длина труб ,
5000
3000
26
26
Число труб
4000
500
Объём катализатора,м3
10
0,75
Число реакторов
Давление,
Диаметр труб,
МПа;
мм;
мм
м3/час;
кг\час
Уникальные условия в Ростовской
области

Наличие сырья – угли Восточного Донбасса (в
т.ч. бурые Миллеровские, Тацинские…).


Заинтересованные промышленные
предприятия – Новочеркасская ГРЭС, НЗСП,
Ростовуголь, Гуковуголь, Атоммаш,Нефтемаш,
Таганрогский котельный завод, предприятия ЖКХ…
Научное и проектное обеспечение – ЮРГТУ
(НПИ), ООО Автоматика Дон, ВНИГРИУголь, ЮНЦ
РАН, Лукойл – Ростовнефтехимпроект, ЛукойлРостовэнерго…