Ученые просчитали оптимальные условия переработки природного газа

Российские физики просчитали, как взаимодействуют друг с другом метан и этан в широком диапазоне температуры и давления, что позволит подобрать оптимальные условия для переработки природного газа и выделения его основных компонентов.
Ученые из МФТИ, ОИВТ РАН и ВШЭ методом молекулярной динамики смоделировали свойства системы "метан - этан". Численное решение моделей было выполнено на суперкомпьютерах при условиях, экономически выгодных для переработки природного газа. Полученные данные найдут применение при проведении работ по разделению газовых смесей, включая природный газ, методом глубокого охлаждения.
К такому выводу пришла группа физиков под руководством ведущего научного сотрудника НИУ ВШЭ Василия Писарева при максимально детальном теоретическом изучении того, как взаимодействуют метан и этан в жидкой и газообразной формах в условиях, при которых обычно осуществляется переработка природного газа.
Обычно для разделения на компоненты природный газ охлаждают до температуры минус 35-45 градусов Цельсия и сжимают его до 34-39 атмосфер. Это приводит к образованию жидких форм метана, этана и прочих составляющих газа, которые можно отделить друг от друга, опираясь на различия в температурах их кипения и другие физические свойства. Для повышения эффективности этого процесса нужно понимать, как именно меняются свойства газообразных и жидких форм этих веществ, а также их смесей при изменении температуры и давления.
Для получения подобных сведений ученые создали компьютерную модель смеси метана и этана, при помощи которой они просчитали, как меняется равновесие между парообразными и жидкими формами этих газов, а также свойства границы между фазами веществ. Для этого исследователи применили методы молекулярной динамики и математические подходы, позволяющие избавиться от погрешностей, которые связаны с обычно используемыми в таких расчетах допущениями.
Комбинация этих методов позволила физикам максимально точно определить, как давление влияет на поверхностное натяжение, плотность, толщину пограничного слоя между жидкостью и газом и другие ключевые физические параметры смеси из метана и этана. Результаты этих расчетов помогут подобрать оптимальные условия для разделения метана и этана, а также снизить расходы энергии на этот процесс.
Природный газ представляет собой ценный энергетический ресурс и сырье для производства большого перечня органических соединений. Состав природного газа определяется его месторождением, но он всегда на 70-99% состоит из метана. Также в нем присутствуют этан, пропан, небольшое количество благородных газов, сероводорода и неорганических веществ, некоторые из которых имеют большую ценность для промышленности.