Моделирование, исследование и оптимизация физико-химических процессов получения и использования технологических газов из отходов нефтедобычи и нефтепереработки для организации энерготехнологических производств

На основании выполненного анализа ресурсов отбросных газов, газового конденсата, отходов нефтедобычи и нефтепереработки и с учетом мирового и отечественного опыта получения технологических газов из газообразных углеводородов, газового конденсата и других углеводородных соединений разработана принципиальная тепловая схема энергохимической установки с головным процессом термохимической конверсии углеводородного бросового сырья для получения синтез-газа, электрической и тепловой энергии (решение о выдаче патента на изобретение от 17.04.2019 по заявке 2018124763). Сформированы методические основы исследования энергохимических установок с предложением комплекса критериев энергетической (топливной) и экономической эффективности, базирующиеся на эксергетической методологии определения себестоимости продукции. Выполненные исследования по определению рациональных параметров дутья показали, что наиболее предпочтительным вариантом является работа установки без обогащения кислородом и подачи водяного пара в количестве до 3 кг/кг конденсата, для обеспечения соотношения целевых компонентов H2/CO=2 при использовании традиционных цинкхромовых катализаторов синтеза метанола, для других целевых продуктов рекомендации по количеству подаваемого водяного пара изменяются. Выполнено исследование вопросов обеспечения надежности с оценкой коэффициентов готовности оборудования по несению нагрузки в электрической и тепловой энергии, а также по отпуску синтез-газа для получения химической продукции (метанола, аммиака и пр.). С учетом функционирования установки в условиях промысла или при интеграции в тепловые схемы существующих нефте- и газохимических комплексов определены требования по предельной мощности, валовым и удельным выбросам вредных веществ в окружающую среду (атмосферу и литосферу). Выполнена разработка положений, позволяющих учесть переменные режимы работы оборудования, графики нагрузок, особенности эксплуатации энергосилового и вспомогательного оборудования. Создано математическое описание расчета газогенераторного процесса с паровоздушным дутьем при использовании в качестве топлива отходов нефтедобычи, нефтепереработки и газового конденсата. Разработаны математическая модель и алгоритм расчета характеристик и показателей установки в целом с определением технико-экономических показателей работы. Выполнена разработка алгоритмов функционирования вспомогательного оборудования энергохимической установки на базе реактора частичного окисления углеводородного сырья, включая системы охлаждения и очистки газов термохимической конверсии. При этом получены сведения о массогабаритных, расходных, тепловых условиях эксплуатации и стоимостных характеристиках таких элементов схемы как расширительная газовая турбина, паровой котел-утилизатор, сепаратор, смесительный конденсатор, абсорберы и десорберы системы выделения кислых газов, насосного оборудования и пр. Выполнен численный эксперимент по определению технико-экономической эффективности получения технологических газов для различных направлений его использования, т.е. рассчитаны капиталовложения, себестоимость продукции, удельные затраты энергоносителей и материалов, срок окупаемости инвестиций. Определены рациональные области промышленного применения предлагаемой технологии переработки углеводородов в зависимости от преобладающего профиля потребителя: энергетического, технологического, энергохимического или энерготехнологического. Произведен выбор и обоснование критерия оптимизации для включения в методику комплексной оптимизации состава оборудования и рабочих параметров энергохимических установок. При выполнении вариантных расчетов аппаратурно-технологического оформления установки и определении целесообразных областей ее применения для комплексного энергообеспечения промышленных потребителей получены оптимальные степени повышения давления в компрессоре энергохимической установки, рациональная доля водяного пара в дутье с точки зрения достижения необходимых составов синтез-газа, оптимальный коэффициент расхода окислителя, также обеспечивающий требуемый состав технологического синтез-газа и ряд других параметров характеризующих работу основного и вспомогательного оборудования во взаимосвязи между собой и с учетом внешних факторов. Результаты исследований обнародованы путем опубликования: 3 статей в изданиях, индексируемых международными базами Web of Sciense или Scopus; 7 статей в изданиях, индексируемых РИНЦ и 1 монографии.