Ученые создали модель для компактных энергокомплексов в Арктике
Метан, основной компонент природного газа, — ценный ресурс для энергетики и промышленности. Его сжигают на электростанциях для генерации электричества и тепла. Легкодоступные месторождения почти истощены, поэтому его добывают на удаленных источниках. Однако не весь газ подходит для транспортировки в городские инфраструктуры. Поэтому его часто сжигают, что наносит двойной ущерб: экологический — из-за выбросов углкислого газа и непрогоревшего метана, чей парниковый эффект в 80 раз сильнее первого. Существующие компактные установки для переработки метана в синтез-газ сталкиваются с низкой эффективностью (обычно не более 60-75% конверсии) и высокими затратами. Ученые Пермского Политеха предложили решение — компьютерную модель, которая рассчитывает параметры установки, позволяя достичь 90% переработки метана и создавать экономичные энергокомплексы для удаленных регионов.
Статья опубликована в сборнике конференции «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030»
Крупные и легкодоступные месторождения газа, открытые десятилетия назад, постепенно истощаются. Их запасов уже недостаточно для покрытия растущих мировых потребностей в энергии. Поэтому добывающие компании вынуждены осваивать новые, более сложные регионы — арктический шельф, глубоководные участки морей, удаленные районы Сибири и Дальнего Востока. Именно там сосредоточены основные неразработанные запасы газа.
Природный газ в основном состоит из метана (на 70-98%). Это ценное топливо для электростанций, заводов и транспорта, но проблема в том, что не весь добытый газ можно доставить потребителям. Он часто содержит примеси, которые необходимо очищать, а строить гигантские очистные комплексы и газопроводы от каждой удаленной скважины невероятно дорого. В итоге до 30% ценного ресурса сжигают прямо на месте. Это не только экономически невыгодно, но и наносит вред климату из-за выбросов CO₂.
– Сейчас проблема решается через создание компактных малотоннажных установок, которые можно разместить прямо у скважины. Их задача — не сжигать газ, а перерабатывать его в более полезные продукты. Ключевой элемент такой установки — химический реактор. По сути, это длинная труба, где метан под высоким давлением и температурой смешивается с водяным паром и пропускается через катализатор — специальное вещество, ускоряющее реакцию в тысячи раз. Весь этот процесс называется конверсией, и в результате получается синтез-газ – смесь водорода и угарного газа. Этот продукт можно использовать для генерации электроэнергии или превращать в жидкое топливо, которое легко транспортировать, – объясняет Евгений Мошев, заведующий кафедрой «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ, доктор технических наук.
В мире подобных малотоннажных установок всего несколько сотен. Это в том числе связано с тем, что несмотря на пользу для экологии и возобновление ресурсов, их маленький размер ограничивает объемы переработки и делает ее нерентабельной. Конверсия метана, то есть то, сколько газа удается переработать, на таких аппаратах обычно составляет всего 60-75%. Перед специалистами стоит задача сделать эти установки эффективнее, чтобы сократить количество сжигаемого ресурса и выбросы углекислого газа в атмосферу.
Повысить эффективность переработки можно за счет увеличения длины реактора и количества катализатора — так у молекул газа будет больше времени и возможностей вступить в реакцию. Однако у этого способа есть серьезный недостаток: реакция требует постоянного нагрева, и в длинном реакторе температура распределяется неравномерно — в начале она высокая, а ближе к концу сильно падает. Из-за этого катализатор на выходе перестает работать, и установка становится нестабильной.
Чтобы решить эту проблему, ученые Пермского Политеха создали точную компьютерную модель такой установки, которая показывает, как меняются температура и состав газа вдоль трубы. Это позволило рассчитать оптимальную длину реактора, при которой катализатор работает максимально эффективно 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, – комментирует Илья Слабоденюк, заведующий учебной лабораторией кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ.
Разработка ученых Пермского Политеха решает ключевую проблему энергетики и экологии — утилизацию попутного нефтяного газа, который сегодня массово сжигается на удаленных месторождениях. Предложенная учеными компьютерная модель позволяет создавать компактные и экономичные установки для переработки метана с эффективностью в 90%. Это дает практическую пользу добывающим компаниям, работающим в труднодоступных регионах (Арктика, шельф, Сибирь), позволяя превращать бесполезно сжигаемый газ в ценный синтез-гас для генерации энергии или производства жидкого топлива прямо на месте. Таким образом, разработка вносит прямой вклад в сокращение вредных выбросов и повышение ресурсоэффективности всей газодобывающей отрасли.
Telegram 
Дзен 
VK Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Археологи, проводящие раскопки древнего города Адрамиттейон в Западной Турции, обнаружили богатую римскую виллу II-III веков нашей эры. Украшающая виллу мозаика включает в себя неожиданно личный элемент жизни владельцев — изображения домашних питомцев с надписями, указывающими их имена.
Американские арахнологи открыли в Скалистых горах на севере Айдахо новый вид паука из рода Hexura, представители которого прежде встречались лишь на северо-западе США и в Канаде. Обнаруженная группа живет примерно в 500 километрах восточнее известного науке ареала. Пауки Hexura тесно связаны с местом обитания и не расселяются на большие расстояния, поэтому ученым еще предстоит выяснить, как новый вид оказался так далеко от известных популяций.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно