Борисов Б.Н., Рыбаков В.А.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГАЗА МЕТАНТЕНКОВ.

Наличие метантенков позволяет эффективно использовать большое количество выделяемого ценного газа — метана, что может существенно снизить стоимость эксплуатации очистной станции, а в некоторых случаях обеспечить ее самоокупаемость. Простейшим способом использования газа является превращение его в источник тепловой, механической и электрической энергии. Но крупные очистные станции, вполне вероятно, могли бы быть выгодной базой для создания некоторых химических производств, вырабатывающих ценные продукты для народного хозяйства.

Получение тепловой, механической и электрической энергии. Выделяемый метантенками газ характерен содержанием чистого метана (до 60—70%), углекислоты (26—34%), азота (1—3%), водорода (1—3%) и следов сероводорода. Теплотворная способность такого газа обычно колеблется от 5000 до 6500ккал/м³. Температура горения чистого метана 1300—1400° С. 1 м³ газа из метантенков дает примерно 6,5 кг пара; 1000 м³ газа заменяет 0,8 т условного топлива.

Среди существующих видов топлива метан занимает одно из первых мест. Преимущества этого идеального продукта горения выражаются в полноте горения, отсутствии шлаков, копоти и сажи, что очень важно для окружающей среды. На очистных станциях широко применяется сжигание метанового газа в топках котельной в целях обогрева главным образом метантенков и помещений, находящихся на территории станции. Особого оборудования для этого не требуется. Газ из метантенков в естественном сыром виде (без очистки и сушки) поступает в топку котла с газовой горелкой.

Если, например, 50% получаемого газа в год на Курьяновской станции аэрации I очереди использовать для выработки собственной электроэнергии, то из 10 млн. м³ газа можно выработать примерно 15 млн. кВт-ч в год.

За последние годы за рубежом используются газовые двигатели, работающие на двойном топливе, смеси газа (93—98%) и жидкого топлива (2—7%). Такие двигатели при одинаковых условиях вырабатывают на 20% больше энергии. Они отличаются легким запуском и более плавной работой. В настоящее время имеется газовая турбина, которая по сравнению с поршневым двигателем выгодно отличается по размерам, имеет меньший износ, больший срок службы и меньшую стоимость.

Получение сухого льда из углекислоты, содержащейся в газе метантенков.

Газ из метантенков состоит главным образом из метана СН₄ (около 70%) и углекислоты СН₂ (около 30%). Впервые идея использования углекислоты газа метана для получения сухого льда и повышения калорийности газа с 5 до 8 тыс. ккал стала практически осуществляться С. Н. Строгановым и Н. М. Помповой в лаборатории Люберецких полей фильтрации. В дальнейшем к работе был привлечен коллектив Московского института холодильной промышленности, 'составивший проект завода сухого льда на базе очистной станции.

Сухой лед, хотя он и значительно дороже обычного, имеет существенные преимущества. При равной холодопроизводительности он занимает объем, примерно в 5 раз меньший, чем речной лед, удобен при перевозке и хранении продуктов, не выделяет воды.

Существующие заводы сухого льда обычно в качестве сырья для продукции употребляют антрацит, который при сгорании выделяет углекислоту. На очистных станциях себестоимость сухого льда из углекислоты, полученной от газа метана, будет в 1,7—2 раза дешевле продукции, производимой углекислотными заводами, работающими на антраците.

Перспективы химического использования газа.

Современные исследования химиков открывают неограниченные возможности использования универсального газа — метана. На рис. 1 показаны многие ценные продукты, которые могут быть получены на базе природного газа. Ниже кратко излагаются методы получения некоторых химических продуктов в зависимости от того или иного способа обработки метана.

Рис. 1 Продукты химической переработки метана

Сжигание. При неполном сжигании метана остается 3—7% высококачественной сажи, которая применяется как красящее вещество и сырье для резиновой промышленности. Производство сажи целесообразно на базе утилизации газа, источник которого далеко удален от населенного пункта.

Электротермическая обработка. При пропускании метана через вольтову дугу или при ионизации газа с помощью тока высокого напряжения и большой частоты образуется ацетилен; 1 м³ чистого метана может дать 340 л ацетилена. Последний широко применяется в качестве исходного сырья для получения уксусной кислоты, а также ценных негорючих растворителей (трихлорэтилен) и даже синтетического каучука (хлоропрен, дюпрен). Получение указанных продуктов при условии технологической их доработки возможно лишь при наличии дешевой электроэнергии и больших запасов газа.

Окисление. При пропускании смеси метана с воздухом через нагретые до 500° С трубки с катализатором частично образуется формальдегид. Последний в виде 40%-ного водного раствора формалина представляет собой дефицитный продукт для получения ацетона, а следовательно, бакелита, карболита, альбуминовых и ‘пластических масс. Окислением метана можно также получить метиловый спирт, СО, Н₂ и другие производные.

Хлорирование. Метан при температуре 200—400° С хорошо реагирует с хлором, образуя при этом хлористый метан, метилен, хлороформ и четыреххлористый углерод в зависимости от количества применяемого хлора. Эти продукты широко используются в промышленности синтетических красителей, при изготовлении фармацевтических препаратов, при производстве холодильных машин.

Следует подчеркнуть значение четыреххлористого углерода CCU как исключительно сильного средства для тушения пожаров, Этот продукт может быть также использован и в резиновой промышленности как растворитель. Специалисты-химики считают вполне рентабельным получение четыреххлористого углерода из газа метантенков на крупных очистных станциях. Из 1000 м³ неочищенного газа можно получить 5,2 т СС1₄ и 0,82 т хлороформа. Для крупной очистной станции, выделяющей 50 тыс. м³ газа в 1 сут, доход от производства четыреххлористого углерода ориентировочно может достигнуть 4 млн. руб. в год.

Конверсия. При конверсии из одного объема метана можно получить два объема водорода. Процесс конверсии протекает при нагревании метана до 1000— 1100° С, а в присутствии катализатора и при более низкой температуре. При этом получается расщепление метана на водород и углерод. Из смеси окиси углерода с водородом можно получить метиловый и этиловый спирты и другие продукты, в том числе газ для сварки, растворители, синтетический каучук, лаки.

Конверсия метана выгодна лишь при наличии мощных источников газа, однако при частичной конверсии можно использовать газ от метантенков в целях получения газа для сварки. Для этого метанистый газ должен быть освобожден от углекислоты и сероводорода. Полученный после частичной конверсии газ можно транспортировать на ближайшие заводы для автогенной сварки. Такой газ по сравнению с ацетиленом в 2 раза дешевле.

Термическая обработка. Этим способом можно получить жидкое топливо в виде бензола и других химических продуктов. Однако он менее выгоден по сравнению с электротермической обработкой. Одним из побочных продуктов термической обработки является углекислота, которую целесообразно использовать для получения сухого льда.

Литература:

1. «Осадки сточных вод. Удаление, обработка, использование», Абрам Захарович Евилевич. Издательство литературы по строительству, Ленинград 1965 Москва.

2. https://www.c-o-k.ru/articles/metantenki-utilizaciya-othodov-s-pol-zoy

3. Гюнтер Л.И. «Метантенки», издательство «Стройиздат», 1991 г.