Получение диметилового эфира дегидратацией метанола на АlPO4 +SiO2 катализаторах

Сам мастер-модуль состоит из 3-х  плат, на которых расположены: процессор (CPU) -промышленный IBM-AT-486-совместимый  компьютер с операционной системой DOS; контроллер шины ST BUS; статическое энергонезависимое ОЗУ (SRAM 512K) и флеш-диск (Flash Disk 2 МВ) предназначены для хранения рабочих программ и промежуточной текущей информации в модуле. Модули УСО - универсальные платы ввода/вывода. Они служат для приема аналоговых и дискретных сигналов с датчиков и передачи их на мастер-модуль, а также для приёма команд и управляющих сигналов с мастермодуля и выдачи их на исполнительные механизмы. Отличительной чертой данного типа контроллеров является то, что на каждом аналоговом модуле УСО установлены по 8 съёмных панелек (мезонинов). Мезонин представляет собой миниплату, напичканную электроникой, которая крепится винтами к модулю УСО. Каждый мезонин - это один аналоговый параметр. В случае выхода из строя какого-либо мезонина остальные мезонины на модуле будут исправно работать. Кроме того, имеется возможность менять мезонины, не останавливая контроллер. Достаточно перевести в режим Stop простой переключатель, имеющийся на каждом модуле УСО, вынуть сам модуль, заменить неисправный мезонин, вставить модуль УСО и перевести переключатель в положение Run.

Контроллер позволяет подключить 160 параметров, а реально востребованы на производстве 148 параметров.

В химическом цехе - офисные компьютеры

Станции оператора - 2 обыкновенных офисных компьютера Intel Pentium III (Celeron) с 19-дюймовым монитором. На станции оператора функционирует SKADA-система "КРУГ2000" пензенских разработчиков, которая традиционно применяется на химических производствах, в нефтехимической, атомной промышленности, энергетике. Помимо названной SCADA-системы контроллер multiTREI может работать, например, со SKADA-системами TRACE MODE, INTOUCH и другими.

В свою очередь, SKADA-система "КРУГ2000", используемая на "Азоте", может  работать с контроллерами Ломиконт, Ш711, TOSHIBA, MOTOROLA и другими. Разработчики контроллера TREI и SKADA-системы "КРУГ2000" ведут работы совместно, согласуя и модификации своих систем, и документацию к ним, поэтому, в частности, "Новомосковский Азот" сделал свой выбор в пользу этого сочетания. Впрочем, такого рода конвергенция типична: многие разработчики софта и оборудования согласуют свою деятельность на рынке.

SKADA-система "КРУГ2000" имеет  нескольких составных частей (готовых  программ): графический редактор, редактор динамики, генератор базы данных, программы реального времени, программы станции инжиниринга и другие. Сменный персонал цеха контролирует и управляет технологическим процессом с помощью единой программы. В каждой смене установку обслуживает один человек.

В системе реализована  концепция разграничения доступа, т. е. каждому пользователю администратором  системы присваивается определённый уровень доступа. В АСУТП ДМЭ  существует два уровня доступа: "Специалист службы АСУТП" и "Оператор-технолог ДМЭ". В частности, выставлять настройки регуляторов - прерогатива специалиста службы АСУТП. Все регуляторы программные. Конфигурирование базы данных, создание контуров регулирования, выбор закона регулирования осуществляется с помощью генератора базы данных. В контроллере постоянно работает программа пользователя (ПрП), написанная на языке программирования "Кругол". "Кругол" - один из немногих "русских" языков программирования.

Вот как выглядит типичная команда на нем: Если ва5=100 {выкл тс1} Иначе {вкл тс1}. Для набора текста программы может использоваться любой текстовый редактор. А вот для компиляции, отладки и тестирования программы должна быть использована специальная программа - "Транслятор ПрП". Надо сказать, что в российских SKADA-системах используются специализированные технологические языки на кириллице, а не языки высокого уровня - российские операторы не пишут на C++ или Pascal.

Очевидно, целью в данном случае является приблизить технологическую  программу к пользователям, которые  в большинстве своем английским языком и профессиональными языками программирования не владеют.

Рис. 2. Схема соединений АСУТП

Все мнемосхемы, видеокадры и переходы по видеокадрам создаются  с помощью графического редактора  и редактора динамики. Загрузка созданной  базы данных и программы в контроллер осуществляется с помощью программы станции инжиниринга. Для внесения базы данных нужно остановить работающий контроллер, загрузить туда данные и программу и перезапустить его. Кроме того, имеется возможность делать изменения в базе данных на ходу, не перезапуская контроллер, - с помощью специальной функции программы станции инжиниринга.

Передача инфор-мации "контроллер - станция оператора" ведётся по дублиро-ванной сети Ethernet. Для этого в станции оператора  установлены две сетевые платы, каждая из которых связана своим кабелем типа "витая пара" с отдельным хабом (оба хаба находятся в шкафу контроллера). Каждый из хабов соединён со своим мастер-модулем. Общая схема соединений приведена на рис.2.

Такая схема не обеспечивает работу обеих плат компьютера в режиме "горячего" резервирования, так как под управлением операционной системы DOS обе сетевые платы не могут работать одновременно, и при выходе из строя одной вторая не подхватывает передачу информации автоматически.

Из создавшейся ситуации был найден следующий выход: при разрыве сетевого соединения через заданное время специальная программа, функционирующая на станции оператора, создаёт служебный файл и перегружает компьютер. После перегрузки в файле autoxec.bat проверяется наличие этого файла, и, если он найден, загружается драйвер для другой сетевой платы. Так делается всегда при использовании операционной системы DOS. Кроме того, к контроллеру возможно "прямое" (не по сети) подключение клавиатуры, монитора и компьютера (ноутбука или IBM PC) при загрузке и отладке программ, соответствующие входы имеются на мастер-модуле контроллера.

IT-персонал НАК «Азот»    В штате подразделения  АСУТП на новомосковском «Азоте»  работает примерно 100 человек. Должность  начальника службы АСУТП называется «заместитель начальника цеха КИПиА».

Контроллер питается от источника бесперебойного питания UPS ~220 V/=24 V с аккумуляторной батареей. Станции питаются от собственных UPS со встроенными аккумуляторными  батареями. При потере питания аккумуляторные батареи 20 минут питают контроллер и станции. Этого времени достаточно для остановки технологического процесса. Надо сказать, за год работы системы источники бесперебойного питания так и не были использованы по назначению, поскольку на "Азоте" практически не случается перебоев с электроснабжением.

Основными достоинствами "цифрового" комплекса являются удобство программирования, быстрота изменения контуров регулирования  и отсутствие необходимости в  применении каких-либо дополнительных технических средств. В настоящее время руководством цеха поставлен вопрос об оптимизации процесса получения ДМЭ и об автоматической подстройке всех контуров регулирования под соответствующий режим работы колонны. [26]

 

10. Производство ДМЭ из  природного газа

 

10.1. Рентабельность процесса

 

По оценкам ряда зарубежных компаний (BP, Marubeni), перспективным направлением является разработка коммерческой технологии конверсии природного газа в смесь  жидких углеводородов (СЖУ) или в  моторное топливо, в частности диметиловый  эфир (ДМЭ), который по своим физико-химическим показателям близок к смеси пропан-бутана.

СЖУ, прежде всего бензин и дизельное топливо, получаемые с применением существующих в  настоящее время технологий конверсии  природного газа (процессы компаний Shell, ExxonMobil и др.), нерентабельны по сравнению с аналогичными продуктами нефтепереработки, главным образом из-за многостадийности синтеза и энергоемкости промежуточной стадии получения синтез-газа. В частности газойль, получаемый по технологии Shell, может конкурировать с нефтяным газойлем только при низких ценах на используемый сырьевой природный газ (не выше $16/тыс. м³), производительности по СЖУ не менее 700 тыс. тонн в год и при условии, что цена на нефть превышает $120-125 за тонну.

В настоящее время  как в России, так и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию конкурентоспособных процессов конверсии природного газа в СЖУ. Актуальность работ в данном направлении определяет, прежде всего, неизбежный в ближайшие 10-15 лет рост цен на нефть и, соответственно, моторные топлива. Если в 1999 году мировое производство СЖУ не превысило 700 тыс. тонн (при производстве автомобильного бензина и дизельного топлива соответственно 800 млн тонн и 360 млн тонн), то в случае реализации всех разрабатываемых проектов конверсии природного газа в СЖУ, производство последних уже в течение первого пятилетия будущего века может составить 17 млн. тонн в год. Наибольшую активность в данном направлении проявляют компании Shell, ExxonMobil, Sintroleum, Conoco, Sason. Проектная мощность (по продукции) уже работающих установок конверсии природного газа в СЖУ варьируется от 3,5 тыс. тонн до 600 тыс. тонн в год. Однако реальная конкуренция между СЖУ и нефтяным топливом возможна только при равной или более низкой себестоимости СЖУ и при достижении более высоких эксплуатационных и экологических характеристик. При наиболее вероятном сценарии развития мировой энергетики реализация проектов по производству СЖУ интенсивно начнется только при достижении цены на синтетическую нефть в $100-120 за тонну, что соответствует прогнозируемой на начало XXI века цене нефти сорта Brent. Основными факторами, тормозящими реализацию проектов, является серьезный финансовый риск, связанный с необходимостью крупных инвестиций и флуктуация цен на нефть.

 

Цена различных видов энергоносителей на условиях СИФ, Роттердам
Вид топлива	Цена,долл./тонна
Нефтяное дизельное  топливо	220-240
Сжиженный нефтяной газ	240-260
Пропан	380-390
Сжиженный природный  газ (СПГ)	165-175
ДМЭ  (Прим. Производительность установки - 1.5 млн тонн/год; Цена природного газа - $45/тыс. м3)	160-180
Синтетическое дизельное  топливо по процессу Фишера-Тропша	280-300

 

10.2. Перспектива  ДМЭ

 

Моторные топлива, получаемые из природного газа, не содержат ароматических  углеводородов, серы и характеризуются полнотой сгорания. Согласно оценке экспертов, на сегодняшний день наиболее перспективным (альтернативным нефтяному) дизельным топливом является диметиловый эфир. Помимо уже названных преимуществ синтетических топлив, синтезированных из природного газа, ДМЭ характеризуется высоким цетановым числом (55-60 против 40-55 для нефтяного дизельного топлива), а также отсутствием сажи и оксидов азота в выхлопных газах, что особенно важно для крупных городов. Стендовые испытания ДМЭ показали, что изменений в конструкции дизельного двигателя не требуется, необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива. Предварительные технико-экономические расчеты российских и зарубежных специалистов показывают, что производство ДМЭ из природного газа более выгодно, чем производство дизельного топлива по методу Фишера-Тропша.

 

Физические свойства ДМЭ и других углеводородных топлив
Показатель	ДМЭ	Метан (СПГ)	Пропан	Метанол	Дизельное топливо
Химическая формула	CH3OCH3	CH4	C3H8	CH3OH	-
Температура кипения, 0С	-25,1	-161,5	-42,0	64,6	180-370
Плотность при 200С, г/см3	0,67	0,42*	0,49	0,79	0,84
Давление насыщенных паров при 250С, Мпа	0,61	24,6	0,93	-	-
Вязкость кинематическая при 200С, мм2/с	0,15	-	0,17	-	3-5
Температура воспламенения, 0С	235	650	504	470	250
Предел взрываемости, %	3,4-17	5-15	2,1- 9,4	5,5-26	0,6-7,5
Цетановое число	55-60	0	5	5	40-55
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	28 900	50 300	46 500	21 100	42 500
* плотность СПГ определена  при температуре минус 161,50С

 

Таким образом, химическое превращение природного газа в ДМЭ непосредственно на газовом месторождении позволяет значительно сэкономить средства, связанные с транспортированием углеводородного топлива от мест добычи, и получить продукт, являющийся перспективным дизельным топливом (альтернативным нефтяному).