ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
26
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ ГАЗА С
ПОМОЩЬЮ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА В СРЕДЕ
ASPEN HYSYS
Кудратбеков Сардорбек Улугбек угли
Ташкентский государственный транспортный университет
https://doi.org/10.5281/zenodo.13893360
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
2
/СО = 2,5–3,0, необходимом для снижения
коксообразования. Этот процесс является примером промышленного
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
27
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
1
= 370℃
, а перепад давления
составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
Пар подается в печь для повышения температуры, после чего
температура на выходе составит
𝑇
1
= 370℃
, а перепад давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
Далее оба потока направляются в смеситель. После смешивания
объединенный поток отправляется на подогреватель, температура на
выходе составит
𝑇
1
= 500℃
, а перепад давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
После чего поток еще раз отправляется на подогреватель, температура на
выходе составит
𝑇
1
= 870℃
, а перепад давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
Далее поток отправляется в конверсионный реактор, температура на
выходе составит
𝑇
1
= 930℃
, а перепад давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
На выходе из конверсионного реактора в составе газа отношение водорода
к оксиду углерода составит 3.
Далее газ охлаждается, температура на выходе составит
𝑇
1
= 355℃
, а
перепад давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
Далее газ отправляется в
равновесный реактор, где происходит окисление
CO
до
CO
2
, а перепад
давления составит
∆𝑃
1
= 1,96 ∙ 10
5
.
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
= 1,96 ∙ 10
5
.
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
ACADEMIC RESEARCH IN MODERN SCIENCE
International scientific-online conference
28
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
2
/СО производительность установки синтез газа
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.
Моделирование в Aspen HYSYS подтвердило, что для минимизации
выбросов в атмосферу и поддержания высокой производительности
необходимо поддерживать отношение H₂/CO в диапазоне от 2,6 до 3 при
температуре 930°C. Этот диапазон обеспечивает лучшие экологические и
производственные показатели
Использованная литература:
1.
GTL-технологии по переводу газа в жидкой состояние [Электронный
ресурс]- Режим доступа: https://www.uzgtl.com. Дата обращения:
01.10.2024.
2.
API 521, API 2510, NFPA 30, NFPA 325. . [Электронный ресурс]- Режим
доступа: https://paktechpoint.com/buildings-fire-protection-codes-standard/.
Дата обращения: 02.10.2024.
3.
Паровая конверсия метана. [Электронный ресурс] – Режим доступа:
https://neftegaz.ru/tech-library/ngk/148023-konversiya/. Дата обращения:
04.10.2024.
4.
Официальный сайт компании Aspen HYSYS по созданию симуляторов
химических процессов. [Электронный ресурс] – Режим доступа:
https://www.aspentech.com/en/products/engineering/aspen-hysys.
5.
Дата обращения: 04.10.2024
