«Ученые пермского политеха разработали программу для расчета и оптимизации малотоннажных реакторов, в которых природный газ преобразуется в метанол. Инструмент позволяет инженеру подобрать длину и диаметр реактора, температуру, давление, скорость подачи и состав сырья. Это открывает для предприятий возможность снижать издержки при производстве химической продукции», — отметили в пресс-службе.
Чтобы определить, какие параметры нужны для малотоннажного реактора, исследователи математически описали стандартные химические реакции синтеза природного газа. На основе этих данных они создали программу, в которую заложили ключевые процессы — движение газовой смеси, нагрев и охлаждение, а также химические реакции, приводящие к образованию метанола. Инженер может задать геометрию установки, температуру, давление и состав сырья, после чего получает расчет параметров по отдельным участкам реактора. Такой подход позволяет увидеть, где могут возникнуть перегревы, застои или снижение эффективности реакции, и скорректировать параметры еще на этапе проектирования.
Точный расчет
Как пояснил кандидат технических наук доцент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ Александр Кондрашов, важно, что инструмент дает возможность на этапе проектирования рассчитать геометрию нового реактора — его длину и диаметр.
«Инженер может перебрать на компьютере десятки вариантов конструкции и выбрать тот, при котором выход продукта будет максимальным, а риск перегревов и застойных зон — минимальным. Это позволяет создавать более эффективные малотоннажные установки без дорогостоящих натурных экспериментов», — отметил ученый.
Для моделирования процессов синтеза сегодня чаще всего используют коммерческие программные комплексы, но они преимущественно рассчитаны на широкий круг инженерных задач, требуют значительных вычислительных ресурсов и не удобны для быстрых расчетов малотоннажных реакторов. Готовых отечественных инструментов, которые специально ориентированы на проектирование таких установок и успешно применяются, сейчас нет. В отличие от расчетов для крупных промышленных установок, где часто достаточно усредненных данных, малотоннажный реактор требует более детального анализа. Даже небольшие отклонения температуры или скорости потока могут заметно повлиять на объемы сырья на выходе. Разработанная пермскими учеными программа рассчитывает параметры процесса в разных точках установки и позволяет быстро сравнивать варианты конструкции и режимов работы.
Преимущества программы
По словам заместителя директора Центра трансфера технологий по работе с индустриальными партнерами ПНИПУ Вадима Котова, для проверки работоспособности программы ученые сравнили расчет процесса получения метанола в новой программе с коммерческим аналогом, который широко применяется на заводах для моделирования переработки газа.
«Результаты показали, что наша программа также корректно описывает процесс и предсказывает, сколько продукта получится на выходе», — уточнил он.
В отличие от универсальных коммерческих пакетов моделирования программа ориентирована на конкретный класс задач — расчет геометрии и режимов работы малотоннажных реакторов. Инженер с помощью разработки может быстрее сравнивать варианты конструкции, подбирать температуру, давление и скорость подачи газа, а также оценивать выход продукта без проведения серии дорогостоящих натурных экспериментов. Отечественная программа также позволяет значительно сократить затраты на проектирование в сравнении с использованием зарубежного программного обеспечения, что в итоге снизит себестоимость производства метанола и других химических продуктов.
Предложенный подход, считают исследователи, можно адаптировать и для других процессов переработки газа — получения аммиака, диметилового эфира и синтетических бензинов. Это делает программу универсальной основой для проектирования установок, которые смогут перерабатывать газ прямо на месте добычи и вовлекать в промышленный оборот ресурсы небольших и удаленных месторождений.