Автореферат (Комплексное научно-технологическое обоснование производства сжиженного природного газа)

На правах рукописиФЕДОРОВА ЕЛЕНА БОРИСОВНАКОМПЛЕКСНОЕ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕПРОИЗВОДСТВА СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА05.17.07 – Химическая технология топлива и высокоэнергетических веществАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква - 20202Работа выполнена в ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина»Научный консультантМельников Вячеслав Борисовичдоктор химических наук, профессор кафедрыоборудования нефтегазопереработкиФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имениИ.М.

Губкина», г. МоскваОфициальные оппонентыГречко Александр Георгиевичдоктор технических наук, главный технологПАО «Газпром», г. Санкт-ПетербургНавасардян Екатерина Сергеевнадоктор технических наук, доцент кафедры«Холодильная, криогенная техника, системыкондиционирования и жизнеобеспечения» (Э4)Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования«Московский государственный техническийуниверситет имени Н.Э. Баумана (национальныйисследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э.Баумана), г. МоскваИсмагилов Фоат Ришатовичдоктор технических наук, профессор образовательногоцентра Акционерного общества «Всероссийскийнаучно-исследовательский институт по переработкенефти» (АО «ВНИИ НП»), г. МоскваВедущая организацияФедеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Казанский национальный исследовательскийтехнологический университет» (ФГБОУ ВО«КНИТУ»), г.

КазаньЗащита состоится «28» мая 2020 г. в 14:00 в ауд. № 541на заседании диссертационного совета Д 212.200.04 при ФГАОУ ВО «РГУ нефти и газа(НИУ) имени И.М. Губкина» по адресу: 119991 г. Москва, проспект Ленинский, дом 65,корпус 1С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГАОУ ВО«РГУнефтиигаза(НИУ)имениИ.М.Губкина»инасайтеhttps://www.gubkin.ru/diss2/list.php?COUNCIL_ID=34807Автореферат разослан «___» февраля 2020 г.Ученый секретарь диссертационного совета,доктор химических наук, профессорЕ.С. Бобкова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Сжиженный природный газ (СПГ) являетсяжидким состоянием природного газа, полученным в результате охлаждения иконденсации.

Метод транспортировки природного газа в сжиженном состоянии являетсязначительно более экономичным, чем трубопроводный, как при перевозках большихобъемов газа на большие расстояния, так и при перевозках на небольшие расстояния вмалых объемах. СПГ обладает определенным преимуществом, когда строительство иэксплуатация газопровода сопряжены с техническими трудностями и возможнымиполитическими рисками.

Возможность диверсификации маршрутов поставокприродного газа играет важную роль в современных условиях, так как глобальныйрынок природного газа постоянно меняется. СПГ обеспечивает гибкость ибесперебойность поставок, а, следовательно, доступность природного газа дляпотребителя в любой момент времени, в любых объемах и в любом регионе России имира. К достоинствам СПГ относится также тот факт, что сжиженный газ болеебезопасен при перевозке, хранении и использовании, чем компримированный.СПГ является основой альтернативного варианта газоснабжения тех регионов,куда экономически, технически, экологически или политически невыгоднопрокладывать новые трубопроводы. Газификация городов и населенных пунктовявляется одним из важнейших направлений социально-экономического развитиярегионов России, средством повышения эффективности различных отраслейпромышленности и жизненного уровня населения.Применение СПГ в качестве газомоторного топлива решает экологическуюпроблему снижения загрязняющих веществ в атмосфере, повышает эффективностьиспользования транспортных средств.Вышеизложенное имеет актуальное значение для РФ как при освоениигигантских и крупных газовых месторождений Арктики, метансодержащих газовугольных месторождений, вовлечении в разработку мелких и выведенных изэксплуатации газовых месторождений, так и при обеспечении природным газомсоциальных и промышленных объектов самых различных регионов России.Степень разработанности проблемы.Вопросы техники и технологийпроизводства СПГ рассматривались в работах советских и российских ученых:Клименко А.П., Архарова А.М., Акулова Л.А., Бармина И.В., Куниса И.Д., КирилловаН.Г., Лазарева А.Н., Голубевой И.А., Горбачева С.П., Гречко А.Г., Новикова А.И.,Брусиловского А.И., Барсука С.Д.

и других, а также в работах зарубежных ученых:Баррона Р.Ф., Мохатаба С., Кэмпбела Д.М., Марка Р., Парадовски Х., Шмидта В.П.,Морин П., Кремера Х. и других.Вопросы исследования и повышения эффективности малотоннажных установокпроизводства СПГ рассматривались в диссертациях Семенова В.Ю., Люгая С.В.,Красноносовой С.Д. Вопросам разработки отдельных технических и технологическихаспектов производства СПГ посвящены диссертации российских ученых МедведковаИ.С. и Малахова С.Б.4Однако в современной российской научно-технической литературе недостаточноотражены вопросы специфики производства сжиженного природного газа.

Мало работ,которые комплексно освещают вопросы функционирования индустрии СПГ. Слаборассмотрены вопросы фазового равновесия компонентов природного газа прикриогенных температурах технологических процессов производства СПГ, процессов иаппаратов технологической линии производства СПГ, взаимосвязи технических итехнологических аспектов производства и применения СПГ. Отсутствуют работы потеоретическим разработкам в области стандартизации СПГ-индустрии в РФ.Недостаточность теоретической и технологической разработанности даннойтемы, а также необходимость в практических рекомендациях по совершенствованиютехнологий подготовки и сжижения природного газа, комплексному подходу ксозданию инфраструктуры СПГ и построению системы документов по стандартизации вобласти СПГ в Российской Федерации определили цель и задачи данного исследования.Цельюисследованияявляетсяразработкакомплексногонаучнотехнологического обоснования производства сжиженного природного газа на основетермодинамическихисследованийпроцессовфазовыхпревращенийвмногокомпонентных смесях углеводородов и разработки алгоритма построенияинфраструктуры СПГ с учетом социально-экономического, климатического,географического и промышленного состояния региона.Для реализации поставленной цели автором были поставлены следующие задачи:1.

Осуществить комплексный анализ современного мирового состояния техники итехнологии производства СПГ, включая общую характеристику индустрии СПГ,структуру мирового производства и применения СПГ, состояние, проблемы,особенности технологических процессов крупнотоннажного и малотоннажногопроизводства СПГ и определить перспективные направления их совершенствования;2. Осуществить термодинамические исследования фазовых переходов вмногокомпонентных смесях углеводородов при производстве СПГ;3. Осуществить исследования фазового состояния газожидкостных системуглеводородов (в т.ч.

с азотом) для выявления условий образования и равновесиясистемы для моделирования и оптимизации процессов подготовки природного газа иего сжижения;4. Разработать основные направления повышения энергоэффективностиоборудования и технологий подготовки и сжижения природного газа, в т.ч. приэксплуатации производства СПГ условиях Арктики;5. Провести комплексное обоснование применения техники и технологиипроизводства СПГ и разработать научные и практические рекомендации по применениюСПГ в энергообеспечении регионов;6.

Провести анализ мировой практики стандартизации в области производстваСПГ, разработать предложения по формированию системы нормативной документациив области СПГ в РФ.5Научная новизна работы1.Проведенные аналитические исследования фазового равновесия вмногокомпонентных смесях углеводородов в диапазоне температур от минус 196 доплюс 152 °С и давлений от 0,1 до 40 МПа позволили разработать научные основы дляпроектирования и создания технологических процессов производства СПГ.2.Установлено, что в смесях метан-этан, метан-пропан, этан-бутан, этанизобутан при давлениях более 3 МПа определяются точки максимума значенийконстант фазового равновесия на кривых K(t).

Это указывает на возможность выбораоптимальных термобарических параметров Р и Т, при которых разделение компонентовсмеси можно проводить наиболее энергоэффективно.3.Установлено, что существование двух взаимно нерастворимых жидких фази газовой фазы (трехфазная система) для бинарных смесей азота с этаном, пропаном, ни изобутаном наблюдается в области температур от минус 163 до минус 120 °С идавлений от 2,3 до 26 МПа.4.Установлено, что образование трехфазной системы в трех- ичетырехкомпонентных смесях компонентов природного газа, включающих азот, имеетместо с увеличением доли азота в смеси от 0,2 и выше.

Частичная взаимнаярастворимость азота и углеводородов С2+ в бинарных смесях оказывает влияние нарастворимость компонентов в многокомпонентных смесях, в состав которых входятпары азот-этан, азот-пропан и азот-бутаны.Теоретическая и практическая значимость работы1.Показано, что образование трехфазной системы, состоящей из двухнесмешивающихся жидких фаз и газовой фазы, необходимо учитывать при проведениинаучных исследований и инженерных расчетов при проектировании и модернизациипроцессов производства СПГ, т. к. наличие в природном газе азота оказывает влияние насостояние термодинамического равновесия системы и часто вызывает отклоненияреальных термодинамических параметров системы от расчетных.