Интеграция процесса Фишера-Тропша и совместного высокотемпературного электролиза CO2 и Н2О с получением синтез-газа
Объектом исследования является установка получения синтез-газа совместным высокотемпературным электролизом CO2 и H2O.
Цель работы – исследование теплообменной сети установки совместного высокотемпературного электролиза CO2 и Н2О с учетом интеграции процесса Фишера-Тропша.
В процессе исследования была произведена экстракция данных установки получения синтез-газа, разработана ее имитационная модель, а также были разработаны технологические схемы с учетом топлива различного типа.
Введение ………………………………………………………………………………………………. 12
1 Литературный обзор……………………………………………………………………………. 13
1.1 Основные установки получения синтез-газа …………………………………… 14
1.2 Методы синтеза энергоэффективных теплообменных сетей ……………. 26
2 Объект и методология исследования ……………………………………………………. 31
2.1 Объект исследования ……………………………………………………………………. 31
2.2 Моделирование установки получения синтез-газа…………………………… 33
2.3 Методология определения минимальной разности температур с учетом
изменения целевой температуры потоков ……………………………………………. 35
2.4 Методология определения параметров горения топлива………………….. 40
3 Результаты и их обсуждение ……………………………………………………………….. 44
3.1 Результаты предварительного анализа исследуемого процесса ………… 44
3.2 Результаты моделирования установки получения синтез-газа ………….. 47
3.3 Результаты исследования теплообменной сети «сценарий I» …………… 49
3.4 Результаты исследования теплообменной сети «сценарий II» ………….. 53
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 61
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
исследования с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ….. 61
4.2 Планирование научно-исследовательских работ …………………………….. 67
4.3 Бюджет научно-исследовательской работы…………………………………….. 70
4.4 Определение ресурсосберегающей, финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности проекта ………………………….. 75
5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 78
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 78
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………. 80
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 85
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 88
Заключение …………………………………………………………………………………………… 91
Список публикаций студента …………………………………………………………………. 92
Список использованных источников ………………………………………………………. 93
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 100
Приложение Б ……………………………………………………………………………………… 101
Приложение В …………………………………………………………………………………….. 103
Для современной промышленности синтез-газ является основным
сырьем в производстве метанола, аммиака, а также при производстве
синтетических жидких углеводородов (СЖУ) [1]. Снижение денежных затрат
на производство синтез-газа может существенно удешевить продукты его
конверсии. Особенно сильно от цены на синтез-газ зависит рентабельность
производства СЖУ [2], а значит удешевление производства первого может
сделать технологию получения СЖУ более рентабельной. Данный факт
особенно важен для стран, в которых нет собственных нефтяных
месторождений.
На сегодняшний день существует множество способов получения
синтез-газа, но большая их часть была разработана еще в 90-х годах XX века.
Несомненно, с развитием технологии данные методы подвергались
изменениям с целью повышения их энергоэффективности и
ресурсосбережения, однако аппаратурное оформление установок получения
синтез-газа практически не изменилось. Одним из основных пунктов
неэффективного использования энергии на них является увеличение
степеней рекуперации тепловой энергии технологического процесса.
Одним из наиболее эффективных и экологически чистых способов
получения синтез-газа является совместный высокотемпературный
электролиз CO2 и H2O. Однако действующих промышленных установок,
основанных на данной технологии на сегодняшний день, не существует.
Поэтому исследование влияния структуры теплообменной сети на
потребление энергии в производстве синтез-газа может существенно помочь
при проектировании энергоэффективной и экологически безопасной
установки по его производству совместным высокотемпературным
электролизом CO2 и H2O.
Интеграция процесса Фишера-Тропша и совместного
высокотемпературного электролиза CO2 и H2O позволяет существенно
снизить себестоимость синтетических жидких углеводородов. Разработанная
технологическая схема для исследуемого процесса позволяет использовать
побочные продукты процесса Фишера-Тропша в качестве топлива для
когенерации тепла и электроэнергии. Это в свою очередь приводит к
уменьшению импорта электроэнергии на 38 %, что также снижает нагрузку
на окружающую среду за счет снижения выбросов CO2 в атмосферу на
21032 т/год.
В случае невозможности использования побочных продуктов процесса
Фишера-Тропша как источника энергии, разработанная технологическая
схема позволяет использовать в качестве топлива природный газ или уголь.
При смене топлива энергоэффективность установки снижается менее, чем на
5 %. Синтез-газ, производимый на установке высокотемпературного
электролиза, использующей природный газ или уголь, может быть
использован не только для крупнотоннажного процесса Фишера-Тропша, но
и для производства метанола или аммиака. Также данную установку можно
интегрировать с установкой гидрокрекинга. Такая интеграция позволит
снизить себестоимость водородсодержащего газа, что приведет к снижению
стоимости продуктов гидрокрекинга, а также уменьшить выбросы CO2 в
окружающую среду.
Результаты данного исследования способствуют разработке установки
высокотемпературного электролиза с минимальным углеродным следом и
низкой себестоимостью синтез-газа. Также данные результаты позволят
выбрать регион, наиболее подходящий для строительства исследуемой
установки.
Список публикаций студента
1. S. Boldyryev, T. Gil, M. Kuznetsov. Is it Possible to Reduce the
Energy Consumption by 50 % at Existing Refinery Units: the Case Study of
Hydrocracking Unit. Conference on Sustainable Development of Energy, Water
and Environment Systems. Cologne, 01 – 05.09.2020. P. 185.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (37 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
5 (91 отзыв)
4.7 (82 отзыва)
4.8 (13 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.4 (59 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
