Энерготехнологические комплексы, использующие газообразные углеводороды

В основе создания рассматриваемых энерготехнологических комплексов лежит осуществление реакции частичного окисления исходных углеводородов с выделением энергии и образованием синтез-газа — смеси СО и Н₂. Выделяющееся тепло может быть использовано для производства энергии.

Соотношение СО/Н₂ в синтез-газе, а также наличие примесей Н₂0, СО и др. зависит от состава исходных углеводородов и технологии осуществления реакции частичного окисления.

Термодинамический анализ и рассмотрение кинетики комплекса химических реакций, приводящих в конечном итоге к образованию синтез-газа, показывают, что без катализатора процесс проходит эффективно и быстро при достаточно высоких температурах и давлениях. Созданная в ОИВТ РАН математическая модель процесса позволяет выбрать оптимальные параметры процесса, составы исходных компонентов и определить время, необходимое для осуществления реакции частичного окисления.

Первый генератор синтез-газа в ОИВТ РАН был создан на базе модифицированного дизельного двигателя. Цилиндр двигателя является уникальным аппаратом, сочетающим в себе качества компрессора, химического реактора повышенной температуры, преобразователя тепловой энергии в механическую работу.

На рис. 1 представлен внешний вид генератора синтез-газа, созданного на базе дизельного двигателя Д-245.

Генератор работает с использованием природного газа, либо природного газа с добавками пропан-бутановой смеси, что имитирует возможный состав попутных нефтяных газов. В качестве окислителя используется воздух. Коэффициент избытка воздуха, необходимый для образования синтез-газа, составляет 0,4−0,5, что абсолютно не характерно для нормальной работы дизельного двигателя. Перевод двигателя в режим генератора синтез-газа потребовал дополнительных усилий, увенчавшихся успехом.

Генератор синтез-газа в сочетании с каталитическим реактором синтеза метанола (рис. 2) названы установкой «Синтоп-300» производительностью около 800 л метанола в сутки. На ней выполнен обширный комплекс исследований.