Федеральная целевая программа

<Номер постера>
14.607.21.0077
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Энергоэффективность, энергосбережение и ядерная энергетика
Тема: «Разработка энергоэффективной и ресурсосберегающей технологии получения химических продуктов, в том числе
моторного топлива и ароматических углеводородов, на основе термохимических жидкофазных металло-оксидных циклов»
Соглашение 14.607.21.0077 на период 2014- 2016 гг.
Руководитель проекта: Заместитель руководителя отделения
НИЦ «Курчатовский институт» Б.В.Потапкин
Получатель субсидии: федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр
"Курчатовский институт (НИЦ "Курчатовский институт")
Цели и задачи проекта
Создание основ технологий получения химической продукции за счет сопряжения термохимических металл-оксидных циклов, с использованием расплавов тяжелых металлов и их оксидов,
с химическими процессами переработки различных типов углеродсодержащего сырья (техногенные отходы, промышленные и попутные газы, нефтяные отходы, гудроны, мазут, угольные
отходы и т.д.).
Расширение спектра получаемых химических продуктов, в том числе моторного топлива и концентратов ароматических углеводородов на основе термохимических жидкофазных металлооксидных циклов.
Актуальность проекта обусловлена необходимостью существенного изменения структуры нефтехимического рынка за счет широкого внедрения новых технологий постепенно вытесняющих
нефть из процессов получения традиционных продуктов нефтехимии (олефинов, ароматических углеводородов, парафинов).
Ожидаемые результаты проекта
Создание лабораторной установки получения синтез-газа из различных типов углеродсодержащего сырья в расплаве металла и лабораторной установки превращения полученного синтезгаза в химические продукты.
Результаты экспериментальных исследований превращения различных типов углеродсодержащего сырья в синтез-газ за счет применения термохимических металл-оксидных циклов.
Результаты экспериментальных исследований превращения полученного синтез-газа в химические продукты, в частности в углеводородные топлива.
Результаты расчётов кинетики конверсии углеродосодержащих веществ в синтез газ с использованием разработанной математической модели.
Разработка вариантов схемных и технологических решений, обеспечивающие высокую эффективность процессов переработки углеродсодержащего сырья в химические продукты.
Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка опытных образцов оборудования для получения углеводородных топлив, в том числе метанола и моторных топлив, а
также концентрата ароматических углеводородов из различных видов углеводородсодержащего сырья через синтез газ, образующийся в реакторе с расплавом металла».
Разработка технических требований и предложений по производству, получению и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального
партнера – организации реального сектора экономики.
Перспективы практического использования
Потенциальными потребителями полученного научного результата являются проектные и промышленные организации, разрабатывающие и выпускающие установки по переработке
различных видов углеводородсодержащего сырья; организации, связанные с производством жидких углеводородов для нужд химической промышленности. Внедрение результатов,
полученных в ходе выполнения проекта, будет способствовать решению задачи повышения эффективности переработки и комплексного и рационального использования природных
ресурсов.
Выполненные работы могут служить основой для НИОКР, направленных на разработку и создание установок по производству жидких углеводородов, в том числе на основе
разрабатываемого в рамках настоящей работы Проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Получение углеводородных топлив, в том числе метанола и моторных топлив а
также концентрата ароматических углеводородов из различных видов углеводородсодержащего сырья через синтез газ, образующийся в реакторе с расплавом металла».
Технология будет применяться для развития процессов нефтепереработки, нефтехимического и органического синтеза, при добыче и переработке угля.
Результатом внедрения разработанной технологии является расширение сырьевой базы для производства ценных химических продуктов, в том числе моторного топлива и ароматических
углеводородов, снижение зависимости потребителей от колебаний цен на нефтегазовом рынке.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Наработаны опытные образцы катализаторов в соответствии с разработанным лабораторным регламентом, в том числе партия опытных образцов металл-оксидного катализатора получения
оксигенатов и три партии опытных образцов катализатора получения моторного топлива и АрУ на основе цеолитов типа пентасил с различным соотношением SiO2/Al2O3.
Изготовлены: лабораторная установка получения синтез-газа из различных типов углеродсодержащего сырья в расплаве металла и лабораторная установка превращения полученного
синтез-газа в химические продукты.
Проведены экспериментальные исследования опытных образцов катализаторов в соответствии с разработанными Программой и методиками.
Проведены предварительные экспериментальные исследования превращения различных типов углеродсодержащего сырья в синтез-газ за счет применения термохимических металлоксидных циклов.
Проведены предварительные экспериментальные исследования превращения полученного синтез-газа в химические продукты, в частности в углеводородные топлива.
Выполнены расчёты тепло-массовых характеристик процесса превращения углеродосодержащего сырья в расплаве тяжелых металлов в рамках равновесной модели.
Разработана математическая модель процесса конверсии углеродосодержащего сырья в синтез-газ в расплаве тяжелого металла.
Опытный образец металл-оксидного
катализатора получения метанола (слева)
и опытный образец катализатора
получения моторного топлива на основе
цеолита (справа)
Реакторный узел плавильной
печи лабораторной установки
получения синтез-газа
Изотермический реактор
лабораторной установки синтеза
химических продуктов
Состав синтез-газа полученного
в процессе газификации
гудрона
Показатели процесса синтеза
метанола
Полученные технические характеристики соответствуют требованиям Технического Задания.
Опытный образец катализатора, содержащий до 2,0% ZnO и до 1,5% La2O3, обеспечивает рекордную механическую прочность и устойчивость к воздействию водяного пара в процессе
превращения метанола и/или ДМЭ в высокооктановые бензины или ароматические углеводороды.
В результате проведённых предварительных экспериментальных исследований установлено:
все исследованные образцы углеводородов с высокой степенью эффективности конвертируются в расплаве железа или чугуна при температурах1200 - 1500°С в синтез газ. Степень
конверсии в синтез газ достигает 90%. При добавлении в расплав десульфурирующих флюсов (смесь CaO, Al2O3, SiO) в количестве 10% от веса расплава, наведенный в расплаве шлак
поглощает в себя до 90% содержащейся в конвертируемых углеводородах серы.
Получены данные по каталитической активности, селективности и стабильности работы опытных образцов катализаторов в реакциях получения оксигенатов из синтез-газа и получения
моторных топлив из оксигенатов. В процессе конверсии метанола получена более высокая селективность в образовании бензина при сравнении с промышленным образцом катализатора.
Определены соотношения исходных реагентов и окислителя необходимых для проведения термонейтрального процесса получения синтез-газа в расплаве металла. Рассчитаны составы
газообразных продуктов реакций для различных типов углеродсодержащего сырья и параметров процесса.
Разработанная математическая модель позволяет найти зоны разделения фаз жидкого металла и продуваемого газа в приближении Level Set method (метод уровней). В отличие от известных
разработок модель позволяет рассчитать не только поле температур и течений , но и определить условия "пробоя", когда подаваемый через донные форсунки газ полностью перемешивается
с жидкой фазой без прямого выхода газовой струи на поверхность расплава.
Партнеры проекта
Индустриальный партнер–ЗАО «Грасис», финансовая поддержка в виде внебюджетного финансирования составляет 6800000 руб, в т.ч 2500000 руб. в 2015 г.
Разработка и производство воздухоразделительного и газоразделительного оборудования
Подготовка природного и попутного нефтяного газа, утилизация попутного нефтяного газа (ПНГ)
Инжиниринг и проектирование
Выполнение комплексных проектов «под ключ»
Соисполнитель - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Исследования в области современной энергетики и теплофизики
14.607.21.0077
<Номер постера>