ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важным обобщающим показателем эффективности экономики страны является энергоемкость ее продукции. Если в 1985 году в России расходовали на единицу валового национального продукта в 2-3 раза больше энергии, чем на Западе, то сегодня в 3 –3,5 раза. Велик физический и моральный износ действующих мощностей, срок службы которых составляет 25-30 лет при 18 годах по нормативам. Таким образом, можно констатировать, что в части эффективности экономики Россия прогрессирующе отстает от рыночного мира. Сегодня экономика России еще в меньшей мере готова к интеграции в мировую рыночную экономику, чем тогда, т.к. не решена основная задача переходного периода – техническое перевооружение. Относительно высокая рентабельность российского экспорта определяется очень низкой внутренней ценой природного газа и других энергоносителей.

По прогнозам, выполненным журналом ''Азотэкон'', такая ситуация на рынке сохранится недолго. Поэтому единственный выход состоит в опережающей модернизации предприятий, что должно заметно повысить конкурентоспособность российского экспорта.

Одним из существенных методов снижения энергопотребления является создание комплексных теплоэнерготехнологических схем производства нескольких продуктов (например, аммиака и метанола и энергоносителей) на базе существующих крупнотоннажных агрегатов. Взаимное использование низкопотенциальных тепловых потоков позволяет значительно снизить энергопотребление комплексного производства.

На современном этапе развития общественного производства прогрессивные нововведения реализуются в сложных, наукоемких продуктах, энергосберегающих и высоких технологиях. При всем разнообразии рынка инноваций сегодня определяющим условием для успешной реализации нововведений является обеспечение снижения энергопотребления. Корректная оценка занимает центральное место в процессе обоснования и выбора возможных вариантов инноваций, т.е. требуется разработка таких методик оценки, которые не вызывали бы сомнений ни у отечественных, ни у западных инвесторов.

Целью работыявляется разработка и оптимизация теплоэнерготехнологических схем инновационного проекта комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей путем теплоэнергетического и технико-экономического обоснования на основе методов математического моделирования.

Научная новизна.

1. На основе системного подхода разработана концептуальная модель теплоэнерготехнологического комплекса, отличающегося сложной многостадийной организацией процесса и наличием рециклов, а также комбинированным производством теплоносителей разного уровня.

2. Разработана математическая модель теплоэнерготехнологического комплекса производства аммиака, метанола и энергоносителей, описывающая процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физико-химические процессы.

3. Создана новая математическая модель процессов тепло- и массопереноса, протекающих в реакторе синтеза метанола, ориентированная на совместное рассмотрение вопросов генерации теплоносителей и получения целевого продукта.

4. Разработаны алгоритмы реализации математической модели, позволяющие, в частности, быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры, необходимые для расчета комплексного производства.

5. Математическая модель реализована на ЭВМ с помощью современных вычислительных комплексов, что позволяет достаточно просто и быстро проводить расчет тепловых и материальных потоков, критериев экономической эффективности инвестиций, а также выполнять поверочные расчеты теплообменного и другого оборудования.

Практическая ценность.

1. С помощью разработанной математической модели проведены эксперименты по моделированию теплоэнерготехнологических схем комплексного производства. Полученные данные являются основой для теплоэнергетического и технико-экономического обоснования инновационного проекта комплексного производства аммиака, метанола и энергоносителей с подбором оптимальных условий его реализации.

2. Предложены оригинальные технические решения, такие как замена электропривода компрессора на паровой, организация выработки энергоносителей при производстве метанола, дозирование кислорода в производство, направленные на снижение потребления природного газа и электроэнергии. Эффективность решений подтверждена их теплоэнергетической и экономической оценкой путем расчета по разработанной математической модели.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на Второй областной межвузовской научной конференции ''Молодые исследователи – региону'' (Вологда, 2000), на Международной научно-технической конференции ''ИНФОТЕХ – 2001'' (Череповец, 2001), на III-й Международной научно-технической конференции ''Повышение эффективности теплообменных процессов и систем'' (Вологда, 2002), на IV-й Межвузовской конференции молодых ученых (Череповец, 2003), на XVI-й Всероссийской конференции по химическим реакторам ХИМРЕАКТОР-16 (Казань, 2003). Материалы диссертации изложены в 5 публикациях.

Автор защищает:

- концептуальную модель теплоэнерготехнологического комплекса, позволяющая учитывать: комбинированное производство теплоносителей разного уровня, сложную многостадийную организацию процесса и наличие рециклов, влияние параметров состояния на свойства веществ;

- математическую модель теплоэнерготехнологического комплекса, описывающую процессы теплообмена, выработки и потребления теплоносителей, а также протекающие физико-химические процессы;

- алгоритмы реализации математической модели, позволяющие быстро и эффективно осуществлять многочисленные итерационные процедуры;

- данные, полученные в результате моделирования комплексного производства и являющиеся основой для теплоэнергетического и технико-экономического обоснования инновационного проекта;

- оригинальные технические решения, направленные на снижение потребления природного газа и электроэнергии в комплексном производстве.

Объем и структура работы.Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (88 наименований), 3-х приложений и содержит 149 страниц машинописного текста, включая 54 рисунка и 2 таблицы.