На правах рукописи

МАХМУТОВ РУСТАМ АФРАИЛЬЕВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ МАЛОТОННАЖНОГО ПРОЦЕССА

СИНТЕЗА МЕТАНОЛА НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

Специальность 05.17.07 -

«Химическая технология топлива и высокоэнергетическпх веществ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

1 6 МАЙ 2013

005057983

Уфа-2013

Работа выполнена на кафедре «Химико-технологические процессы»

филиала ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический

университет» в г. Салавате.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Жирное Борис Семёнович.

Ахметов Сафа Ахметович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Уфимский госудолвенный нефшкж техЕщческий унивфсигег», профессф кафегцы «Технология нефш и газа»;

Ведущая организация

Цадкин Михаил Авраамович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет», профессор кафедры «Высокомолекулярные соединения и химическая технологая».

ФГБОУ ВПО государственный университет».

«Тюменский нефтегазовый

Защита состоится «22» мая 2013 года в 16:00 на заседании

диссертационного совета Д 212.289.03 при ФГБОУ ВПО «Уфимский

государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062,

Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского

государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан «19» апреля 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Абдульминев Ким Гимадиевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Для предупреждения образования гидратов в системах сбора и

промысловой подготовки газа применяется метанол, причем его потребление с

увеличением газодобычи в северных регионах постоянно возрастает. Доставка

метанола на промыслы Крайнего Севера увеличивает его стоимость в два-три

раза, причем для ряда отдаленных месторождений из-за отсутствия

транспортной инфраструктуры возможна только сезонная доставка.

К тому же в настоящее время при освоении газовых и газоконденсатных

месторождений в районах Крайнего Севера особое внимание уделяется

экологическим вопросам, что обусловлено высокой чувствительностью

северной природы к техногенным воздействиям. Один из актуальных вопросов

- серьезные экологические риски при доставке химических реагентов, к

которым относится и метанол, на объекты газодобычи. При его

транспортировке, операциях слива и налива существует опасность

возникновения аварийных ситуаций с экологическим ущербом, обусловленных

спецификой метанола как загрязнителя: высокой растворимостью в воде,

повышенной летучестью, жесткими нормами ПДК в атмосферном воздухе и в

водных объектах.

Поэтому строительство установок по производству метанола в районах

газодобычи позволяет решить вопросы доставки метанола потребителю, а

также значительно уменьшает экологические риски, возникающие при его

транспортировке и перегрузке. В итоге на северных месторождениях снижается

себестоимость добьпи природного газа.

Цель работы.

Разработка технологических основ процесса низкотемпературного

синтеза метанола в условиях Крайнего Севера на Ямбургском

нефтегазоконденсатном месторождении.

Из цели работы вытекают следующие задачи исследований:

- исследование термодинамики процесса паровой конверсии метана и

синтеза метанола;

- разработка математического описания кинетики синтеза метанола;

- разработка математического описания полочного реактора синтеза

метанола;

- выбор оптимального оформления реактора синтеза метанола;

- выбор и обоснование технологической схемы низкотемпературного

синтеза метанола.

Научная новизна работы:

- разработан новый подход к расчёту термодинамических равновесных

составов продуктов реакций паровой конверсии метана и синтеза метанола,

основанный на описании равновесных выходов согласно закона нормального

распределения;

- предложены математические модели кинетики синтеза метанола и

полочного реактора синтеза метанола, совместное использование которых

позволяет с высокой точностью описать и эффективно оптимизировать работу

промышленного реактора получения метилового спирта.

Практическая ценность работы:

- предложена принципиальная технологическая схема малотоннажной

установки синтеза метанола на Ямбургском нефтегазоконденсатном

месторождении, которая основана на комбинировании установок

компримирования природного газа, паровой конверсии метана и

низкотемпературного синтеза метанола;

- определены затраты на строительство установки синтеза метанола по

предложенной технологической схеме и основные технико-экономические

показатели процесса;

- результаты диссертационной работы будут использоваш.! при

проектировании установки синтеза метанола на Ямбургском

нефтегазоконденсатном месторождении.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на Российской научно-практической конференции «Развитие

инновационного потенциала молодых специалистов - значимый вклад в

динамичное развитие газовой отрасли» (Москва, 2009);

- на XVI научно-практической конференции «Проблемы развития газовой

промышленности Сибири» (Тюмень, 2010);

на Международной научно-практической конференции

«Нефтегазопереработка - 2010» (Уфа, 2010);

- на Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы

нефтедобычи» (Уфа, 2010);

- на II Международной научной конференции молодых ученых

«Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2010);

- на XI Международной научной конференции «Современные проблемы

истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного

дела» (Уфа, 2010);

на Международной научно-практической конференции

«Нефтегазопереработка - 2011» (Уфа, 2011);

- на IV Всероссийской научной конференции «Теория и практика

массообменных процессов химической технологии» (Марушкинские чтения)

(Уфа, 2011);

- на IX Всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и

студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии

в газовой промышленности» (Москва, 2011);

на Всероссийской научно-технической интернет-конференции

«Экология и безопасность в техносфере» (Орёл, 2011);

- на Межвузовской научно-технической конференции студентов,

аспирантов и молодых учёных «Наука. Технология. Производство» (Уфа, 2012);

- на Международной научно-практической конференции, посвященной

20-летию независимости Республики Казахстан (Атырау, 2011);

5

- на V Международной научно-практической конференции молодых

ученых «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2012).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 17 научных трудов, в том

числе 4 статьи, 13 материалов конференций.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов,

библиографического списка из 132 наименований. Работа изложена на 118

страницах, содержит 32 рисунка и 14 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, определена

практическая значимость работы.

Первая глава диссертации посвящена обзору литературных источников

по теме диссертации. Изучены варианты использования природного и

попутного нефтяного газа в промышленности и народном хозяйстве.

Рассмотрены различные области применения метанола. Рассмотрены механизм,

кинетика синтеза метилового спирта и различные катализаторы, применяемые

при производстве метанола.

Во второй главе в соответствии с поставленными задачами проведены

расчеты равновесных выходов продуктов паровой конверсии метана, которые

являются сырьём для дальнейшего производства метанола и непосредственно

синтеза метилового спирта.

Нами выявлено, что равновесные выходы продуктов паровой конверсии

метана и синтеза метанола описываются законом нормального распределения; в

связи с этим предпринята попытка связать два независимых параметра

(температура и давление процесса синтеза метанола) в один, с помощью

которых можно бьшо бы описать концентрации компонентов в равновесной

смеси.

При этом необходимо было решить следующие задачи:

- параметр, связывающий давление и температуру, должен быть выражен

как можно более простым уравнением;

- его использование возможно в широком диапазоне изменения давления

и температуры.

В ходе исследований было опробовано множество вариантов. В итоге, в

данной работе в качестве параметра, связывающего влияние температуры и

давления на термодинамические выходы продуктов, нами предлагается

использовать параметр Р, определяемый как:

Р = 1П(Т)-Р-^''"; (1)

где Т - температура процесса, К;

Р - давление процесса, МПа;

Согласно закону нормального распределения, зависимости равновесных

выходов метана, водяного пара, монооксида углерода и водорода в продуктах

каталитической паровой конверсии метана описывают по следующим

уравнениям:

(2)

О 2

С~ЯУ. ^ о-? ар ,

a j^ /2л; ¿

где ^ - максимальное значение равновесного выхода компонента, % масс.;

р1 и Fj - средние значения параметра Р в зоне увеличения и снижения

равновесного выхода компонента;

^ - дисперсия фактора Р;

¡=1,4; 3 = 2,3.

Для диоксида углерода выход описывается уравнением:

р -Ге ёР), (4)

г д e i = j = 5.

В таблице 1 приведены значения параметров уравнений (2), (3) и (4).

Таблица 1 - Параметры уравнений (2)-(4) для паровой конверсии метана

и] Компонент С

1 Водород 17,78 0,201 6,935 2 Метан 47,1 0,185 - 6,952 3 Водяной пар 52,9 0,222 - 6,892 4 Монооксид углерода 82,2 0,146 6,998 -

5 Диоксид углерода* 0,100 6,610 7,029

На рисунках 1 и 2 представлены выходы продуктов паровой конверсии

метана в зависимости от фактора Р. 50

45

я 40

35

30 а 25 к £ 20

1 15

СЭ 10

5

0

V

о Водород

Д Метая

6,3 6,5 6,7 6,9 7,1 7.3 Параметр, Р

7,5 7,7

о Во,

ЛМс

ДЯНОЙЕ тоокси

1ар

д у т е р ода

^

63 6,5 6,7 6,9 7,1 7,3 Параметр, р

7,5 7,7

Рисунок 1 - Зависимость выхода продуктов паровой конверсии метана в зависимости от фактора Р. Точки соответствуют расчётным термодинамическим данным, кривые линии - данные по уравнениям (2) и (3)

Из рисунков 1 и 2

видно, что закон

нормального

распределения с высокой

точностью позволяет

описать выходы

продуктов паровой

конверсии метана.

Аналогично случаю

с паровой конверсией

метана был выполнен

поиск единого параметра,

который связывал бы

давление и температуру процесса синтеза метанола, чтобы в дальнейшем с

достаточной точностью описать равновесные выходы продуктов процесса.

В итоге в качестве параметра, связывающего влияние температуры и

давления на термодинамические равновесные выходы продуктов синтеза

метанола, предлагается использовать параметр Р, определяемый как:

6,50 6,75 7,00 7,25 7,50

Параметр, Р

Рисунок 2 - Зависимость равновесного выхода диоксида углерода от параметра Р. Точки соответствуют расчётным термодинамическим данным, кривые линии - данные по уравнению (4)

Р = Т - Р -0,1. (5) где Т - температура. К; Р - давление, МПа.

Зависимости выходов метанола, монооксида углерода и водорода от

параметра Р описываются уравнениями (2) и (3)

В таблице 2 приведены значения параметров уравнений (2) и (3) для

случая синтеза метанола.

Таблица 2 - Параметры уравнений (2) и (3) для случая синтеза метанола

ь ] Компонент Сщах, ^ Р, Fj 1 Водород 12,583 42,565 465,373 -

2 Метанол 100,000 42,565 - 465,373 3 Монооксид углерода 87,417 42,565 465,373 -

400 450 500 Параметр. Г

Рисунок 3 - Зависимость равновесного выхода метанола, монооксида углерода и водорода от параметра Р. Точки соответствуют расчётньпл термодинамическим данным, рфивые линии -данные по уравнениям (5), (6)

На рисунке 3

представлены

зависимости выходов

метанола, монооксида

углерода и водорода

от параметра Р.

Из рисунка (3)

видно, что, как и в

сл>'чае с паровой

конверсией метана,

закон нормального

распределения с

высокой точностью

позволяет описать выходы продуктов синтеза метанола.

Таким образом, при определении равновесных выходов продуктов этих

реакций отпадает необходимость проводить трудоёмкие вычисления, связанные

с минимизацией энергии Гиббса. Достаточно провести их только один раз для

определения коэффициентов к уравнениям закона нормального распределения.

В третьей главе проведено моделирование кинетики синтеза метанола и

реактора процесса производства метилового спирта.

Известно, что все предлагаемые кинетические уравнения описывают

экспериментальные данные только в конкретньпс условиях принятой методики.

В отдельных случаях константы не сохраняют своего постоянства при

изменении времени контакта и состава газа. Нами была сделана попытка

получить кинетическое уравнение, удобное для расчёта промышленных

реакторов синтеза метанола и описывающее опытные данные в широком

диапазоне изменения параметров процесса.

Скорость синтеза хметанола выражается уравнением:

10

fcofн2 0,34

СН^ОН /•0,66 /-и.З /•

•/сЯзОЯ 0.5 (6)

где К/ - константа равновесия прямой реакции;

к - константа скорости прямой реакции;

/ с соответствующим индексом - фугитивность компонента,

определяющаяся по закону Рауля:

(7)

где / г - фугитивность чистого компонента.

Фугитивность определяется по уравнению:

2 ^ + З г / 4 ^ / 1 п у ; ® = 1 п л г - 1 п г + - /ЗУ'

КТУ

где Т - температура. К;

К - универсальная газовая постоянная;

V - объём, м^.

Величина К определяется по уравнению Битти-Бриджмена:

Где P = RTB, - Л ; 3 = ; г + .

(8)

(9)

Значения коэффициентов Ао, а. Во, Ь, С, необходимые для расчетов

коэффициентов Д 6, у, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Значения коэффициентов для расчёта Д 5, у

Компонент Ао а Во Ь С

Н2 0,12440 0,05618 0,02022 -0,00722 20000

СО 1,3445 0,02617 0,05046 -0,00691 420000

СНзОН 33,309 0,09246 0,60362 0,09929 320300

11

Для проточного реактора скорость образования метанола определим как:

где ¥р - объем слоя катализатора, м ;̂

8о - порозность слоя катализатора;

М - число киломолей исходной смеси в единицу времени.

Зависимость константы скорости образования метанола от температуры

можно выразить следующей зависимостью:

1пк = - 1 1 4 3 ^ _20,4663. (11)

Константа равновесия определялась по уравнению:

14694 7 1пК^ = -1 ,388 . 1п(Т) - 25,3; (12)

где Т - температура, К.

Для того чтобы определить оптимальный профиль температур в реакторе

и найти отсюда максимальную скорость образования целевого продукта, нужно

знать состав исходной смеси на входе в реактор и зависимость скорости

реакции от температуры.

В нашем случае для определения оптимальной температуры можно

применить условие:

Г=Мах, (13)

Используя уравнение (6) и условие (13), определяется максимальное

значение концентрации спирта при заданной температуре.

На рисунке 4 показана зависимость содержания метанола от оптимальной

температуры для катализатора типа СНМ-1 (Северодонецкий

низкотемпературный метанольный). Катализатор СНМ-1 имеет следующий

состав, % масс.: СиО - 52-54, 2пО - 24-28, АЬОз - 5-6. Расчёт проводили при

давлении 5 МПа, содержании в исходной смеси метанола 0,4 % мольн. и при

различном содержании инертных компонентов.

12

и 0 й в.

1 Ё S

300

290

280

270

260

250

240

230

220

210

\

1

- - 2 3

« — 5

0,01 0,02 0,03 Выход метанола, доля мольн.

0,04

Рисунок 4 - Зависимость выхода метанола от оптимальной температуры для катализатора СНМ-1 при различном содержании инертных газов в исходной смеси (% мольн.): 1 - 0; 2 - 10; 3 - 20; 4 - 30; 5 - 40.

Из рисунка 4 видно, что повышение содержания инертных компонентов в

сырьевой смеси приводит к снижению оптимальной температуры процесса

синтеза метанола. Эта зависимость используется в начальный период работы

катализатора при максимальной его активности, когда требуется интенсивный

теплоотвод из зоны реакции. В этом случае необходимо поддерживать высокую

объемную скорость процесса и высокое содержание инертных компонентов.

Математическое описание адиабатической зоны реактора с аксиальным

ходом газа представляет систему двух дифференциальных уравнений

материального и теплового балансов:

dx 3600-22,4-S-к k-So)^ dH G ^ '

Q,-tVkoiT, + аг.т\+а2,тй dx dT

^ ^ iícf+va

( 1 4 )

где 5 — сечение слоя катализатора, м ;

Тз - температура газа в слое катализатора. К; 13

и - стехиометрические коэффициенты;

С — расход газа на входе в катализатор, м^/ч;

Qp - теплота реакции, кДж/моль;

aJ¡ - коэффициенты в уравнении теплоёмкости.

Значения коэффициентов а^ для различных компонентов приведены в

таблице 4.

Таблица 4 - Значения коэффициентов ар

Метан Водород СО Метанол ат 6,89 7,12 8,92 26,6 а(Ц) 0,0032 -0,0002 -0,0068 -0,0433 а(2,0 1,00-10-' 1,00-10'^ 7,00-10-^ 4,00-10"'

Тепловой эффект реакции определяется по формуле:

Qp = О.ОП-Т^-15,14-Т+26885,

^ /-0,5 г /-0,34 ]со]н2 JCЩOH Ф{х,Т,) = г0,66 /-0,5 г тг ^сн^рн JcoJн2^f

Количество холодного байпаса Ся рассчитывается по уравнению:

О = 0 ^ ^н п

¡=1

где То-температура холодного байпаса, К;

Т] - температура газа после смешения, К.

Степень превращения после смешения рассчитывается как:

X = • О х

(15)

(16)

(17)

(18) (О + О н ) '

Расчёт ступеней реактора синтеза метанола и байпасных потоков

производится с использованием уравнений (14) и (17) в следующей

последовательности: предварительно задаёмся температурой на входе в слой

14

катализатора. Затем рассчитываем теишературу на входе в следующую ступень

с учётом ввода байпасного потока по уравнениям (14) из условия максимума

степени конверсии на выходе со ступени. Далее рассчитываем последовательно

остальные ступени.

На рисунках (5) - (7) представлены расчёт температуры в слое

катализатора, степени превращения исходного сырья и оптимального

температурного профиля в зависимости от высоты слоя катализатора.

Как правило, на практике соотношение Нг'.СО поддерживают в пределах

от 3:1 и выше для исключения возможности резкого повьпнения температуры

внутри частичек катализатора, которое может привести как к снижению

активности катализатора, так и к его разрушению.

и « а п I а

5

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 Высота слоя катализатора, м.

Рисунок 5 - Зависимость температуры в слое катализатора, степени превращения сырья и оптимального температурного профиля от высоты слоя катализатора при отношении Н2:С0 = 5:1 (Состав исходного газа (% мольн.): инерты - 20; метанол - 0,4; СО - 13,2; Нг - 66,4)

15

-о-Температура в слое Оптимальная температура

к бГ

а г. I в а V в В

2 2,5 3 3,5 4 Высота слоя катализатора, м.

Рисунок 6 - Зависимость температуры в слое катализатора, степени превращения сырья и оптимального температурного профиля от высоты слоя катализатора при отношении Н2:С0 = 10:1 (Состав исходного газа (% мольн.): инерты - 20; метанол - 0,4; СО - 7,2; Н2 - 72,4)

340

320

300

1 280

и с « 260 л

240

220

200

1 ! 1 1 1 -О-Температура в слое •^Оптимальная температура -^Степень превращения

1 ! 1 1 1 -О-Температура в слое •^Оптимальная температура -^Степень превращения

\ V г и / Сгй^ гА-йтйг ¡гегйл

0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 О

8 Ё. а и в. в л 5 в

5

0,5 1,5 4,5 5,5 2 2,5 3 3,5 4 Высота слоя катализатора, м.

Рисунок 7 - Зависимость температуры в слое катализатора, степени превращения сьфья и оптимального температурного профиля от высоты слоя катализатора при отношении Н2:СО = 20:1 (Состав исходного газа (% мольн.): инерты - 20; метанол - 0,4; СО - 3,8; Н2 - 75,8)

16

Изменение соотношения Н2:СО в пределах от 5:1 до 20:1 приводит к

изменению температурного профиля и снижает степень превращения

исходного сырья, а, следовательно, и выход метанола.

Помимо увеличения отношения Н2:СО, на выход метанола влияет также

содержание инертных 1

0,9 1 0.8

1 е-5 I 0̂7 1 1 0.6 | | 0,5 1? 0,4 I I 0,3 I I од

I 0,1

о 35 О 3 10 15 20 25 30 Соднгря;анпе ннертов, доля ыольк.

Рисунок 8 - Влияние содержания инертов на производительность установки синтеза метанола

компонентов. Так, на

рисунке (8) показано

влияние содержания

инертов на

производительность

установки синтеза

метанола. Очевидно,

что повышение

содержания инертных

компонентов в сырье

на 10 % мольн.

вызывает снижение производительности установки по метанолу на

15-20 %.

Выбраны оптимальные параметры процесса и размеры реактора синтеза

метанола. На рисунке

(9) показана

зависимость

производительности

установки по

метанолу от

количества ступеней в

реакторе. Данная

° ' ' ^ „ ' ® ' ® зависимость носит Количество ст>-п£нсй в реакторе

Рисунок 9 - Зависимость производительности экстремальный установки по метанолу от количества ступеней в тт <г

^ характер. Наибольшие реакторе

17

выходы наблюдается при количестве ступеней в реакторе от 3 до 4.

Далее, нами было проведено сравнение температурного профиля в

реакторе при количестве ступеней в реакторе 3 и 4. Результаты сравнения

приведены на рисунке (10).

Очевидно, что при использовании трехполочного реактора катализатор на

первой ступени на протяжении полутора метров подвергается значительной

температурной нагрузке, что приведёт к сокращению срока его службы. При

применении четырех 290

, 270

1 250 • 3 I 230 £

I С 190

* 170

о: 3 ПП1ИГ1 1 •*-4 полки

ЭП0Л01 с

0 1 2 3 4 5 6 7 8 Высота кагалюетора« м

Рисунок 10 - Зависимость температурного профиля в реакторе от высоты катализатора и количества полок в реакторе

полочного реактора: во-

первых, сокращается

высота, а,

следовательно, и объем

катализатора; во-

вторых, отсутствует

долговременная

температурная нагрузка

на катализатор на

первой ступени, что

увеличит срок его

службы по сравнению с трехполочным вариантом.

Основные параметры работы и размеры реактора синтеза метанола

приведены в таблице (5).

Параметр Значение Размерность 1 2 3

Производительность реактора по сырью 6,85 м7с Давление 5,0 МПа Высота слоя катализатора 5,45 м Расстояние между полками 1,5 м Высота одной полки катализатора = 1,36 м Диаметр реактора 1,6 м

18

Продолжение таблицы 5 1 2 3

Отношение Н2:С0 20:1 -

Содержание инертных компонентов в исходной смеси

0,200 Доля мольн.

Начальная концентрация метанола 0,004 Доля мольн. Содержание водорода на входе в реакторе в исходной смеси

0,758 Доля мольн.

Содержание монооксида углерода на входе в реакторе в исходной смеси

0,038 Доля мольн.

В четвертой главе предложена технологая малотоннажной установки

(мощность 12500 т в год) по производству метанола. За основу взята

технология, внедренная на Юрхаровском месторождении, в которой при

интеграции установки по производству метанола в состав установки

компримирования природного газа достигается существенное снижение

капитальных затрат.

Технологический процесс на базе паровой конверсии природного газа

включает следующие основные стадии:

- паровая каталитическая конверсия парогазовой смеси под давлением

2,2 МПа (22 кгс/см^) при температуре 850 °С в присутствии никелевого

катализатора;

- рекуперация тепла конвертированного газа с вьфаботкой пара для

технологических нужд установки;

- компримирование конвертированного и циркуляционного газов;

- синтез метанола на низкотемпературном медьсодержащем катализаторе

СНМ-1 под давлением 5,0 МПа при температуре 220-280 °С;

- ректификация метанола.

Указаны следующие преимущества малотоннажной газохимии:

- снижение объема факельного сжигания углеводородов и их эмиссии в

атмосферу; - обеспечение промыслового производства метанола - ингибитора

19

гидратообразования;

- организация производства из газового сырья жидких энергетических и

моторных топлив для локальных потребителей;

- возможность промышленного освоения малоресурсных месторождений;

- альтернатива трубопроводному транспорту и СПГ при освоении

труднодоступных и удаленных газовых месторождений.

Приведена принципиальная технологическая схема интеграции

технологических установок комплексной подготовки газа и синтеза метанола.

На рисунке (И) приведена схема парового риформинга и синтеза метанола

(блок УКПГ описан в диссертации). Проведен предварительный экономический

расчет, в котором определены основные технико-экономические показатели

процесса, представленные в таблице 6.

Таблица б - Технико-экономические показатели

Показатели Значение Мощность установки по метанолу, т/год 12500 Предполагаемая цена 1 т метанола, руб. 12500 Себестоимость 1 т целевой продукции, руб. 7241,5 Прибыль, тыс. руб. 65731,2 Чистая прибьшь, тыс. руб. 49955,7 Капитальные затраты, тыс. руб. 240000,0 Срок окупаемости проекта, лет 3,65

20

u о" s H m « a

См PO

§ s a ^ & 1

^ § . = S S я о I

§ е 1 1 § i l l s I I ^ â f & § & -S " I H I к S § y «

H i l l

Ш Г "

21

Общие выводы

1. Впервые предлагается новый подход для расчёта равновесных

термодинамических выходов продуктов химических реакций, основанный на

использовании параметра F, связывающего температуру и давление процесса, в

совокупности с законом нормального распределения.

2. С использованием математического описания кинетики синтеза

метанола выявлено, что с повышением содержания инертных компонентов в

исходной сьфьевой смеси от О до 40 % мольн. происходит снижение

оптимальной температуры процесса на 15-20 °С, и выхода метанола на 1-1,5 %

мольн.

3. При помопщ математической модели проведена оптимизация работы

реактора синтеза метанола. Определены оптимальные геометрические

параметры реактора (диаметр - 1,6 м, высота - Ю м , количество полок

катализатора - 4, расстояние между полками - 1,5 м) и нормы

технологического режима (расход сырья - 6,85 MVC, давление - 5 МПа,

температура в слое катализатора -

220-270 °С, отношение НггСО = 20:1), позволяющие достичь максимально

возможного выхода метанола 3 % мольн. и проектной производительности

установки по метанолу - 12500 т/год.

4. Предложен вариант комбинированной технологической схемы

интеграции установки комплексной подготовки газа, паровой конверсии метана

и малотоннажной установки низкотемпературного синтеза метанола,

определены капитальные затраты на строительство, прибыль и

ориентировочный срок окупаемости, который составит 3,65 лет.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Махмутов P.A. Моделирование промышленного реактора синтеза

метанола / P.A. Махмутов, И.В. Сазонов // Вестник Северо-Кавказского

государственного технического университета. - 2009. - №3. - С. 36-38.

22

2 Махмутов P.A. Термодинамика паровой конверсии метана / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, Б.С. Жирнов, Ф.Р. Муртазин // Башкирский химический журнал. - 2010. - Т.17, №4. - С. 137-139.

3 Хасанов Р.Г. Использование нормального закона распределения для описания равновесного состава продуктов синтеза метанола / Р.Г. Хасанов, Б.С. Жирнов, Ф.Р. Муртазин, P.A. Махмутов // Газовая промышленность. - 2012. -№ 6 - с . 41-43.

4 Хасанов Р.Г. Развитие процессов производства метанола на газовых месторождения в районах Крайнего Севера / Р.Г. Хасанов, P.A. Махмутов , Б.С. Жирнов, Т.В. Кусалиев // История науки и техники. - 2012. №6, спецвыпуск №2 - с. 34-37.

5 Жирнов Б.С. Пути рационального использования природного и попутного газов / Б.С. Жирнов, Р.Г. Хасанов, P.A. Махмутов, Д.И. Ягудина // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции, посвященной 20-летию независимости Республики Казахстан. Атырау, 2011, с. 236-238.

6 Махмутов P.A. Разработка квалифицированных способов использования газообразных углеводородов / P.A. Махмутов // Материалы докладов пятой научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала молодых специалистов - значимый вклад в динамичное развитие газовой отрасли». - М.: ЗАО «Ямалгазинвест», 2009. - С.39.

7 Махмутов P.A. Производство метанола из газообразных углеводородов в районах Крайнего Севера / P.A. Махмутов // Материалы докладов XVI научно-практической конференции «Проблемы развития газовой промышленности Сибири». - Тюмень: ООО «Тюменниигипрогаз», 2010. - С. 233.

ВМахмутов P.A.K вопросу квалифицированного использования газового сырья / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, Б.С. Жирнов//Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка - 2010». - Уфа: Изд-во «ГУП ИНХП РБ», 2010. - С. 85.

9 Махмутов P.A. Производство метанола в местах газодобычи — путь к снижению экологических рисков при освоении газовых и газоконденсатных месторождений / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, B.C. Жирнов// Материалы Всероссийской научной конференции «Экологаческие проблемы нефтедобычи». - Уфа: Изд-во «УГНТУ», «Нефтегазовое дело», 2010. - С. 7.

ЮМахмутов P.A. Описание равновесных выходов продуктов синтеза метанола нормальным законом распределения / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, P.M. Утяганова // Материалы II Международной научной конференции «Актуальные проблемы науки и техники». - Уфа: Изд-во «УГНТУ»,

«Нефтегазовое дело», 2010. - т. 1, С. 36. ПМахмутов P.A. Причины развития процессов малотоннажного

производства метанола на газовых месторождениях в районах Крайнего Севера / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, Б.С. Жирнов // Материалы XI Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела». - Уфа: Изд-во «Реактив», 2010.-С. 83.

12 Махмутов P.A. Некоторые закономерности термодинамики паровой конверсии метана / P.A. Махмутов, Б.С. Жирнов, Р.Г. Хасанов И Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка -2011»,- Уфа: Изд-во «ГУН ИНХП РБ», 2011. - С. 223.

13 Махмутов P.A. Влияние содержания инертных газов в исходном сырье на синтез метанола / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, Б.С. Жирнов // Материалы IV Всероссийской научной конференции «Теория и практика массообменных процессов химической технологии» (Марушкинские чтения).- Уфа, Изд-во УГНТУ, 2011.

14 Махмутов P.A. Разработка квалифицированных способов использования газообразных углеводородов / P.A. Махмутов, Б.С. Жирнов // Материалы IX Всероссийской конференции молодых >'чёных, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности». - М.: РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, 2011. -С. 19.

15 Махмутов P.A. Снижение экологических рисков при освоении газовых и газоконденсатных месторождений путём производства метанола в местах газодобычи / P.A. Махмутов, Б.С. Жирнов, Р.Г. Хасанов // Материалы Всероссийской научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность в техносфере». Орёл, Изд-во ФГОУ ВПО «Госуниверситет -УНПК»,2011.

16Махмутов P.A. Способ решения проблемы доставки метанола на газовые месторождения Крайнего Севера / P.A. Махмутов, A.C. Ковина, Р.Г. Хасанов //Материалы докладов межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука. Технология. Производство». - Уфа: УГНТУ, 2012.

17 Махмутов P.A. Расчёт равновесного состава продуктов синтеза метанола / P.A. Махмутов, Р.Г. Хасанов, A.C. Ковина // Сборник трудов V Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2012.

Подписано в печать 11.04.2013. Бумага офсетная. Формат 60x84 Ч\ь Гарнитура «Тайме». Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1

Тираж 100. Заказ 41

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1