Ученые в Перми разработали установку, превращающую дымовые газы в химсырье

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали и запатентовали установку, перерабатывающую выбросы от теплоэнергетических установок (ТЭЦ, котельные и промышленные печи) в диметиловый эфир для химической промышленности и альтернативное топливо. Об этом рассказали в пресс-службе вуза.

«Ученые Пермского политеха разработали установку, позволяющую не просто очищать выбросы теплоэнергетических установок, а перерабатывать их в диметиловый эфир — востребованный продукт для химической промышленности и альтернативное топливо. Ключевым преимуществом устройства является уменьшение стадий при утилизации газов, что делает весь процесс удаления выбросов быстрее и эффективнее», — рассказали в университете.

По словам ученых, диметиловый эфир применяется в различных отраслях промышленности. В частности, он используется как экологичное альтернативное дизельное топливо, поскольку при его сгорании выделяется минимальное количество вредных веществ. В химической промышленности диметиловый эфир служит сырьем для производства бензина и других углеводородов. Обычно его получают сложным и дорогим способом, когда из газа делают метанол, и только потом — диметиловый эфир, что требует в процессе серьезных затрат энергии и большого количества оборудования. Метод же ученых ПНИПУ позволяет синтезировать этот продукт непосредственно из выбросов без промежуточных стадий.

Разработка включает в себя два компонента: способ утилизации и специальное устройство для ее осуществления. На первом этапе дымовые газы, отбираемые дымососом от рабочей печи или котла, поступают в систему подготовки, где проходят первичную обработку. Там происходит их смешивание с метаном или природным газом в соотношении 2:1. Полученная смесь направляется в теплообменник, где нагревается до температуры 400-700 градусов Цельсия. При этом не происходит дополнительных энергозатрат: тепло берется от уже готового продукта — горячего синтез-газа, который производится в основном реакторе устройства. То есть система использует собственную энергию, чтобы подготовить новое сырье.

«В реакторе при высокой температуре (750-950 градусов Цельсия) компоненты дымового газа (углекислый газ и водяной пар) вступают в реакцию с метаном. Чтобы она шла достаточно быстро, используется пористый материал с активными частицами никеля. В результате получается синтез-газ — смесь угарного газа и водорода. Для точной настройки состава в реактор добавляют небольшое количество метана и воздуха. Это нужно, чтобы получить идеальное соотношение компонентов 1:1, необходимое для следующей стадии процесса», — рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ Илья Вялых.

Полученный горячий синтез-газ поступает в аппарат воздушного охлаждения, где вентиляторы продувают его наружным воздухом, снижая температуру до 30-40 градусов Цельсия. После этого газ направляется в центробежный сепаратор, где вращающиеся потоки отделяют от него сконденсировавшуюся влагу. После очистки смесь сжимают компрессором до давления 20-30 бар, смещая химическое равновесие. Подготовленный таким образом газ подают в трубчатый реактор синтеза углеводородов, где и происходит ключевое превращение. При температуре 200-300 градусов Цельсия смесь превращается в диметиловый эфир. Часть тепла ученые используют, чтобы поддерживать нужную температуру, а лишнее — отводят.

На финальном этапе, по словам ассистента кафедры «Химические технологии» ПНИПУ Никиты Кифеля, поток из реактора направляется в холодильник-сепаратор, где диметиловый эфир конденсируется, отделяется от непрореагировавших газов в виде готового продукта. «Небольшая неактивная часть смеси возвращается в систему или выбрасывается. Однако такой объем уже несопоставимо мал по сравнению с исходными дымовыми газами», — добавил Кифель.

Как отмечают в вузе, установка обеспечивает значительное снижение выбросов дымовых газов, решая экологическую проблему. В то же время она производит коммерчески ценное химическое вещество — диметиловый эфир. Экономическая эффективность достигается за счет отказа от дорогостоящих реагентов и сложных процессов предварительной очистки. Это позволяет предприятиям не только выполнять экологические нормы, но и получать дополнительный доход от продажи диметилового эфира.