ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ ГАЗА С ПОМОЩЬЮ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА В СРЕДЕ ASPEN HYSYS

Аннотация

В работе описан процесс получения синтез-газа путем паровой конверсии метана (ПКМ) в условиях Uzbekistan GTL, который является основным промышленным методом для получения синтез-газа, применяемого для производства аммиака, метанола и других химических продуктов. В работе рассмотрены термодинамические аспекты процесса и влияние различных параметров на выход продукции и выбросы в атмосферу. Процесс ПКМ проходит при высоких температурах (до 930°C) и давлениях, а для его моделирования используется пакет Aspen HYSYS. Ключевые слова: моделирование, синтез газ, природный газ, паровая конверсия метана, водород, оксид углерода, Aspen HYSYS. Химический способ монетизации природного газа для применения в качестве моторного топлива заключается в его превращении в жидкие углеводороды в процессе Фишера-Тропша. В данном процессе производится широкий спектр продукции: топлива, базовые масла, сжиженные углеводородные газы (СУГ), нафта и твердые парафины. Такая продуктовая линейка открывает большее количество рынков для реализации, однако требует значительных капитальных затрат. В основе технологии «Uzbekistan GTL» лежит процесс фазы суспензионной дистилляции компании «Sasol» (Sasol Slurry Phase Distillate Process™) (процесс SPD). Он состоит из трех этапов. На первом этапе природный газ соединяется с кислородом и образует синтез-газ. Синтез- газ затем подвергается конверсии Фишера-Тропша с образованием парафинистой синтетической сырой нефти. На конечном этапе синтетическая сырая нефть подвергается крекингу для получения конечной продукции. [1]. Синтез газ — это смесь оксида углерода с водородом в различных отношениях [2]. В промышленных условиях паровая конверсия проводится на никелевых катализаторах при температуре 800—1000 °С, давлении 30—50 атм и высоком соотношении Н /СО = 2,5–3,0, необходимом для снижения 2 коксообразования. Этот процесс является примером промышленного 26 ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE International scientific-online conference каталитического процесса, для которого решены сложнейшие технологические задачи, в то время как многие принципиальные вопросы теории процесса остаются до сих пор неясными. При моделировании процесса применяется термодинамический пакет Пенг-Робинсона [3]. А также применяется два набора реакций: 1- конверсионная; 2-равновесная реакция. В первом потоке подается газ из Шуртанского ГХК. Во втором потоке подается пар. Природный газ подается в печь для повышения температуры, после чего температура на выходе составит 𝑇 = 370℃, а перепад давления 1 составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. 1 Пар подается в печь для повышения температуры, после чего температура на выходе составит 𝑇 = 370℃, а перепад давления составит 1 ∆𝑃 = 1,96∙ 105. 1 Далее оба потока направляются в смеситель. После смешивания объединенный поток отправляется на подогреватель, температура на выходе составит 𝑇 = 500℃, а перепад давления составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. 1 1 После чего поток еще раз отправляется на подогреватель, температура на выходе составит 𝑇 = 870℃, а перепад давления составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. 1 1 Далее поток отправляется в конверсионный реактор, температура на выходе составит 𝑇 = 930℃, а перепад давления составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. 1 1 На выходе из конверсионного реактора в составе газа отношение водорода к оксиду углерода составит 3. Далее газ охлаждается, температура на выходе составит 𝑇 = 355℃, а 1 перепад давления составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. Далее газ отправляется в 1 равновесный реактор, где происходит окисление CO до CO , а перепад 2 давления составит ∆𝑃 = 1,96∙ 105. 1 Степень конверсии в этих реакторах составляет 66,85%. Далее газ отправляется в охладитель (рис. 2), температура на выходе составит 𝑇 = 1 210℃, а перепад давления составит ∆𝑃 = 1,96 ∙ 105. 1 Далее для нахождения оптимальной температуры конверсии при отношении водорода к оксиду углерода от 2,6 до 3, с минимальными выбросами в атмосферу и сохранением производительности применим мультипликативный критерий оптимизации. Был смоделирован процесс получения синтез-газа из природного газа в Aspen HYSYS. [4]. Исследовано влияние отношения водорода к оксиду углерода на такие параметры синтез газа, как концентрация 27 ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE International scientific-online conference веществ во входном газе, температура процесса конверсии метана паром, производительность установки и выбросы в атмосферу. С увеличением концентрации метана во входном газе уменьшается отношение водорода к оксиду углерода в выходном газе. При температуре 978 °С отношение водорода к оксиду углерода составляет 2,1. А также при увеличении отношения Н /СО производительность установки синтез газа 2 уменьшается. Более того, увеличение отношения водорода к оксиду углерода падает значения выбросов в атмосферу, что благоприятно сказывается на окружающую среду. Исследования показали, что наилучший результат при конверсии метана достигается при содержании метана в природном газе около 94% и температуре конверсии 930°C. Эти параметры обеспечивают высокую производительность установки. Моде