1 3-я Международная конференция «Альтернативные источники энергии для больших городов» ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МЕТАНОЛ И ДМЭ к.ф.- м.н. М.Ю. Марин, Е.П. Горелик д.ф.- м.н. В.И. Кукулин, к.т.н. А.В. Макунин

2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ природного газа и попутного нефтяного газа (технология GTL) в экологически чистое жидкое топливо (метанол и ДМЭ) и сырье для водородной энергетики c применением резонансного возбуждения атомов кислорода и метана. СОЗДАНИЕ СТЕНДОВОГО ПРОТОТИПА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО КОНВЕРТОРА – ГДК-1 с параметрами: –производительность по метанолу – 4÷5 т/час –производительность по водороду – до нм 3 /час –энергопотребление – не более 50 Квт;

3 ПРОБЛЕМЫ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА высокие потери в газопроводах при перекачке газа (до 30% от стоимости транспортировки) большие проблемы с газогидратными пробками при пониженных температурах (до 25% от стоимости транспортировки) высокая стоимость транспортировки попутного нефтяного газа от месторождений нефти

4 ВАРИАНТЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ

5 ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАНОЛЬНЫХ ТЭ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ВОДОРОДА ДЛЯ ДВС КПД ДВС, работающего на водороде, поставляемым метанольными топливными элементами, возрастает с 19% до 39% по сравнению с обычным бензиновым ДВС. эмиссия прекурсоров смога (углеводородов и др.) близка к нулю, а эмиссия CO 2 уменьшается на 50% по сравнению с бензиновым ДВС.

6 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ GTL производство синтез-газа синтез- газ природный газ воздух метанол ДМЭ бензин, БТК, олефины Р = ~ 100 атм; Т = С Низкий выход целевого продукта

7 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРЯМОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ КОНВЕРСИИ (АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПУТЬ ПЕРЕРАБОТКИ ПГ) природный газ озон разрядная камера метанол ДМЭ бензин, БТК, олефины Н 2 О (пар) электрический разряд воздух Р = ~ атм; Т = до С

8 РЕАКЦИИ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ, ПРИВОДЯЩИЕ К ФОРМИРОВАНИЮ МОЛЕКУЛ МЕТАНОЛА CH 4 + O. CH 3. + OH. CH 3 OH, CH 4 + OH. CH 3. + H 2 O, CH 3. + OH. CH 3 OH.

9 ЭЛЕМЕНТЫ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ НОВИЗНЫ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ электроразрядная активация окислителя высокие скорости прокачки реагентов через зону реакции (100 м/с) малые времена взаимодействия реагентов и неравновесный режим протекания процесса

10 Вся предлагаемая нами технология конверсии естественным образом разбивается на ряд этапов, каждый из которых имеет важный самостоятельный интерес для современных проблем города, его экологии и промышленности: 1.Газодинамический генератор озона высокой мощности и производительности является незаменимым оборудованием для решения множества экологических проблем города (эффективная очистка сточных вод, подготовка питьевой воды, очистка воды в бассейнах, водно-спортивных комплексах и т.д.). 2.Оригинальный метод активации реагентов в быстро движущемся потоке может быть эффективно использован для проведения множества других технологических процессов, обеспечивая гораздо более мягкие условия, чем при традиционных технологиях (см. доклад А.В.Макунина и др. на данной сессии). 3.Метод газодинамической закалки позволяет в максимальной степени сохранить целевой продукт от обратного разложения в активной зоне и также может быть эффективно использован для множества других химических процессов. ПРЕИМУЩЕСТВА ПРЕДЛАГАЕМОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ GTL

11 РЕАЛИЗУЕМОСТЬ ПРОЕКТА - 1 создан стендовый прототип генератора озона ГДО-1 с уникальными параметрами, как часть технологии газодинамической конверсии

12 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИГДО - 1 С КОНКУРЕНТАМИ Название фирмы- производителя, марка озонатора Производительность по озону, V оз гр/час Потребляемая мощность, Р эл., Вт Р эл. / V оз., Вт/гр OzonFilt, OZVA-4, (Германия) ,00 BonoZon, 9A, (Германия) ,30 ПО 20/04 (Россия) ,00 ГДО – ,33

13 известны аналоги в отечественной и мировой науке и технике : РЕАЛИЗУЕМОСТЬ ПРОЕКТА - 2 cогласно экспериментальным данным канадской группы (Gesser, Hunter, Zhu) прямое окисление метана озоном при температурах не выше С и нормальном давлении с концентрацией озона < 1% дает выход продуктов окисления (метанол и формальдегид) порядка 6% при селективности от 35% до 78%.

14 РЕАЛИЗУЕМОСТЬ ПРОЕКТА - 3 проведены численные оценки; дополнительная оптимизация выхода и селективности будет достигаться в нашем случае за счет быстрого вывода продуктов окисления (термодинамически неустойчивых) из зоны реакции и быстрой газодинамической закалки целевого продукта.

15 Катар, Раз-Лаффан, 150 тыс. баррелей/сутки ( тонн/сутки) 200 м ТИПИЧНЫЕ РАЗМЕРЫ ЗАВОДА ПО ТРАДИЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ GTL

16 СТЕНДОВЫЙ ПРОТОТИП УСТАНОВКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ИЛИ МЕТАНА ГДК – 1 выход целевого продукта 30÷40% производительность4÷5 тонн/час (100 тонн/сутки) ориентировочные габариты 3х2,5 метра (пол-контейнера)

17 ЭКОНОМИКА Компонент Расход (кг/час) Затраты фактпланэлектроэнергия (кВт) прир. газ (кг/час) воздух143 ~ 11,5 О3О Н2ОН2О6030 СН 4 60~ 71,5 Итого:~ 150 руб/час СН 3 ОН24120

18 ЭКОНОМИКА ГДК – 1 себестоимость продукции6000 руб./тонну 1250 руб./тонну капитальные затраты260 $/тонну срок окупаемости5 лет SASOL себестоимость продукции128 $/тонну (3200 руб./тонну) капитальные затраты530 $/тонну срок окупаемости10 лет

19 ВЫВОДЫ: Предложена принципиально новая технология окислительной конверсии природного газа в ДМЭ и метанол, обладающая важными преимуществами перед имеющимися на сегодняшний день традиционными подходами. Ряд аспектов новой технологии был опробован в работах настоящих авторов, а также ряда других групп (в частности, в Германии, в Канаде и др.). Отдельные этапы данного проекта представляют большой самостоятельный интерес и могут быть коммерциализованы независимо от полного проекта. При наличии необходимого финансирования этих работ проект может быть реализован за 3 – 4 года.