Метан — основной компонент природного газа, ценный ресурс для энергетики и промышленности. Сжигая его на электростанциях, люди генерируют тепло и электричество. Однако, по словам специалистов, легкодоступные месторождения почти истощены, поэтому добывать компонент приходится в удаленных местах. Из-за того, что не весь газ подходит для транспортировки в город — он часто содержит примеси, которые необходимо очищать. Очистные комплексы и газопроводы для каждой удаленной скважины — дорогие, поэтому до 30% газа не доходит до потребителей, его сжигают прямо на месте. Это невыгодно и вредно для экологии из-за выбросов углекислого газа и непрогоревшего метана.
Проблему решают через малотоннажные установки, которые устанавливают у скважин — они перерабатывают газ в полезный продукт с помощью химического реактора. Однако малый размер ограничивает объемы переработки, она становится нерентабельной — конверсия метана достигает только 60−75%.
Ученые Пермского Политеха предложили решение: компьютерную модель, которая рассчитывает параметры установки так, что перерабатывает до 90% метана. Программа показывает, как меняются температура и состав газа вдоль трубы, что позволило определить оптимальную длину реактора, при которой катализатор работает эффективно и без перерасхода энергии и материалов.
Для расчета мы взяли минимальную температуру, при которой метан вступает в реакцию, но не требует избыточных энергозатрат, и допустимый объем газа, который можно подать в компактный реактор. Модель показала, что при 750 °C и расходе газа 0,01 кг/с достаточно реактора длиной 1,2 метра. Увеличение длины привело бы к росту капитальных и эксплуатационных затрат без существенного повышения эффективности.
Разработка поможет решить ключевую проблему энергетики и экологии — утилизировать попутный нефтяной газ, который массово сжигают на удаленных месторождениях. Компьютерная модель позволит создавать небольшие, но экономичные и эффективные установки для переработки метана в удаленных регионах — Арктика, шельф, Сибирь. Сжигаемый газ можно будет превращать в ценный синтез-газ для генерации энергии или производства жидкого топлива прямо на месте. В перспективе разработка может внести вклад в сокращение вредных выбросов и повышение ресурсоэффективности газодобывающей отрасли.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские ученые разработали алмазную наножидкость, преобразующую солнечную энергию в тепло.
