книги / Математическое моделирование и технико-экономические исследования энерготехнологических установок синтеза метанола

42. Исследования ЭТУ на природном газе

Существенное повышение эффективности производства мета­ нола из природного газа может быть достигнуто за счет его комбинирования с производством электроэнергии. Такая тех­ нология эффективна для переработки природного газа в мета­ нол на месте добычи или вблизи от него, в том числе за счет резкого сокращения затрат на капиталоемкий транспорт при­ родного газа. Актуально сооружение таких установок в местах, где наблюдается дефицит электроэнергии.

Исследования ЭТУ на природном газе проводились для условий Западной Сибири. Технологическая схема таких уста­ новок аналогична схеме ЭТУ на угле (см. рис. 2.5). Основное различие их состоит в том, что ЭТУ на угле включает блок газификации угля, а ЭТУ на природном газе — блок конверсии природного газа.

Целью исследований ЭТУ на газе является определение влияния параметров установки на выход конечных продук­ тов — метанола и электроэнергии. В первую очередь это относится к составу и величине дутья в конвертор природного газа, что определяет состав синтез-газа, производительность реакторов синтеза и в результате величину продувки в энер­ гетический блок.

Рассмотренная в предыдущем разделе математическая мо­ дель ЭТУ построена с достаточно подробным учетом взаимо­ связей между параметрами отдельных элементов и блоков и позволяет дать оценку влияния технических параметров (в том числе и состава дутья) на технико-экономические показатели установки.

Расчеты на математической модели ЭТУ на природном газе проводились при следующей общей исходной информации.

1. В установке используется природный газ следующего состава (%):

2.Низшая теплотворная способность газа 49,4 МДж/кг.

3.Сравнение вариантов проводилось при одинаковом рас­ ходе природного газа, равном 56,8 кг/с.

4. Для определения влияния состава дутья на параметры установки были рассмотрены следующие варианты:

а) парокислородное дутье: 1 — dw = 1,2 кг/кг; 2 — 0,6;

пара на дутье в конвертор природного газа. Удельный расход кислорода (или воздуха) на дутье рассчитывался из условия поддержания заданной температуры процесса конверсии 1373 К при заданном расходе пара.

Используемая в расчетах основная исходная информация аналогична представленной в табл. 4.2.

В результате проведенных на разработанной модели расче­ тов получены термодинамические и расходные параметры, характеризующие технологические потоки между элементами схемы и конструктивные характеристики отдельных элементов установки.

Основные технико-экономические показатели исследуемой ЭТУ на природном газе даны в табл. 4.6. Удельная стоимость природного газа при определении технико-экономических по­ казателей принималась равной 50 дол./тыс. нм3 (42 дол./т у.т.). В табл. 4.7 приведена зависимость внутренней нормы возврата, срока возврата капиталовложений и чистой дисконтированной стоимости проектов при различной удельной стоимости мета­ нола. Анализ полученных результатов позволяет сделать следу­ ющие выводы.

Изменение состава дутья весьма существенно сказывается на технико-экономических показателях установки. Так, ис­ пользование паровоздушного дутья вместо парокислородного для процесса конверсии природного газа приводит к сни­ жению выхода метанола. Резко возрастают капиталовложения в установку и снижается термический КПД производства мета­ нола. В этом случае даже при удельной стоимости метанола, соответствующей его цене в химической промышленности, и при лучшем варианте по технико-экономическим показателям (вариант 6) внутренняя норма возврата невелика (IRR = 16 %) и существенно ниже (на 5 %), чем у лучшего варианта с парокислородным дутьем. Очевидно, что ЭТУ с использо­ ванием' паровоздушного дутья экономически неэффективны.

Определение зависимости внутренней нормы возврата от цены метанола проводится только для вариантов с парокислородным дутьем.

При исследовании влияния парокислородного дутья на состав синтез-газа, определяющий конечное производство ме­ танола, выявлено, что наибольший экономический эффект достигается на чисто кислородном дутье в конверторы природ­ ного газа (вариант 5) в диапазоне цен на метанол 100— 160 дол./т у.т. В диапазоне цен 160—200 дол./т у.т. лучшим является вариант 2 с удельным расходом пара на дутье 0,6 кг на 1 кг природного газа. Это связано с тем, что вариант 5 имеет наибольшее производство электроэнергии, а вариант 2 — наибольшее производство метанола. При росте его цены растет относительная эффективность варианта 2.

Для варианта 2 был выполнен анализ чувствительности цены метанола к изменению стоимости природного газа, изме­ нению капиталовложений при неизменной цене электроэнер­ гии и изменению удельной стоимости электроэнергии при заданных нормах возврата капитальных вложений (рис. 4.4— 4.6). На рис. 4.4 представлена зависимость цены метанола от цены природного газа, которая изменялась в диапазоне 30— 70 дол./тыс. м3. Это примерно соответствует диапазону цен на газ в возможных местах строительства энерготехнологических

а б

ти природного газа на 10 дол./тыс. м3 приводит к соответству­ ющему изменению цены метанола на 15 дол./т у.т., изменение капиталовложений в установку на 20 % изменяет цену метано­ ла на 24—30 дол./т у.т., а изменение удельной стоимости электроэнергии на 1 цент — повышает цену метанола на 15—16 дол./т у.т.

ЭТУ на природном газе имеют значительно более высокий выход метанола в расчете на 1 т исходного топлива (примерно в 3 раза) по сравнению с установками производства метанола из угля. За счет комбинирования процессов синтеза метанола и производства электроэнергии ЭТУ на природном газе имеют высокий термический КПД (около 75 %), что примерно на 10 % выше аналогичного показателя для ЭТУ на угле.

Анализ табл. 4.7 показывает, что внутренняя норма возвра­ та для метанола из природного газа выше, чем для метанола из угля при их одинаковой цене. Причем разность этих норм варьирует от 0,5 % при цене метанола 100 дол./т у.т. до 1,8 % при цене метанола 200 дол./т у.т. Метанол из газа может конкурировать с бытовым печным топливом, дизельным топ­ ливом и бензином. Конкурировать с природным газом он может, как уже отмечалось, лишь при дальнем транспорте энергоносителей.

4.3.Использование газа подземной газификации угля для производства метанола

иэлектроэнергии

Наряду с газом, получаемым в наземных газогенераторах, для производства метанола и электроэнергии может быть исполь­ зован газ подземной газификации угля (ПзГУ).

Данная технология особенно привлекательна для условий тех районов, где имеются небольшие по мощности, с глубоким залеганием пластов, угольные месторождения и где наблюдает­ ся дефицит энергоресурсов и их высокая стоимость.

Экономически оправданным представляется создание не­ больших по мощности энерготехнологических блоков по пере­ работке газа подземной газификации угля. Мощность ЭТУ в таком случае по мере необходимости можно наращивать по­ следовательными блоками.