Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали и оформили патент на установку, которая преобразует выбросы от теплоэнергетических установок (ТЭЦ, котельные и промышленные печи) в диметиловый эфир — востребованный в химической промышленности продукт, пригодный в качестве альтернативного топлива. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
Учёные ПНИПУ разработали установку, позволяющую не просто очищать выбросы теплоэнергетических установок, а перерабатывать их в диметиловый эфир. Ключевое преимущество устройства — сокращение стадий при утилизации газов, что делает процесс удаления выбросов быстрее и эффективнее, рассказали в университете.
По данным исследователей, диметиловый эфир применяется в нескольких отраслях. Он используется как экологичное альтернативное дизельное топливо, поскольку при его сгорании выделяется минимальное количество вредных веществ. В химической промышленности он служит сырьём для производства бензина и других углеводородов. Традиционные технологии получения этого вещества предполагают несколько последовательных стадий: из газа синтезируют метанол, затем из метанола получают диметиловый эфир. Эти этапы требуют значительных энергетических затрат и сложного оборудования. Предложенный ПНИПУ метод позволяет синтезировать диметиловый эфир непосредственно из выбросов без промежуточных стадий.
Как работает установка
Разработка включает два основных элемента: метод утилизации и специализированный аппарат для его реализации. На начальном этапе дымовые газы, отбираемые дымососом от рабочей печи или котла, поступают в систему подготовки и проходят первичную обработку. Там они смешиваются с метаном или природным газом в соотношении 2:1. Образованная смесь направляется в теплообменник, где нагревается до 400–700 градусов Цельсия. Дополнительных внешних энергетических затрат при этом не требуется. Тепло для нагрева обеспечивает горячий синтез-газ, вырабатываемый в основном реакторе устройства. Таким образом система использует собственную энергию для подготовки сырья.
В реакторе при высокой температуре (750–950 градусов Цельсия) компоненты дымового газа (углекислый газ и водяной пар) вступают в реакцию с метаном. Чтобы реакция протекала достаточно быстро, используется пористый материал с активными частицами никеля. В результате получается синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода. Для точной настройки состава в реактор добавляют небольшое количество метана и воздуха. Это делается для получения соотношения компонентов 1:1, необходимого для следующей стадии процесса, рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ Илья Вялых.
Далее полученный горячий синтез-газ поступает в аппарат воздушного охлаждения, где вентиляторы продувают его наружным воздухом и снижают температуру до 30–40 градусов Цельсия. Затем газ проходит центробежный сепаратор, где сконденсировавшаяся влага отделяется от газовой фазы. Очищенную смесь сжимают компрессором до давления 20–30 бар, что смещает химическое равновесие в нужную сторону. Подготовленный таким образом газ подают в трубчатый реактор синтеза углеводородов. При температуре 200–300 градусов Цельсия происходит ключевое превращение — образуется диметиловый эфир. Часть выделяющегося тепла используется для поддержания рабочего температурного режима, излишки отводятся.
На финальном этапе поток из реактора, по словам ассистента кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Никиты Кифеля, направляют в холодильник‑сепаратор. Там диметиловый эфир конденсируется и отделяется от непрореагировавших газов, образуя готовый продукт. Небольшая неактивная часть смеси возвращается в систему или утилизируется. Объём такой фракции несопоставимо мал по сравнению с исходными дымовыми газами, добавил Кифель.
В пресс-службе университета отмечают, что установка обеспечивает существенное снижение объёмов дымовых выбросов и одновременно производит коммерчески значимое химическое вещество — диметиловый эфир. Экономическая эффективность достигается за счёт отказа от дорогостоящих реагентов и сложных стадий предварительной очистки. По оценкам разработчиков, это позволяет предприятиям не только соответствовать экологическим нормативам, но и получать дополнительный доход от реализации продукта.