Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-3-141-153OtherЭколого-экономическая эффективность малотоннажного производства метанола на основе газогенераторов синтез-газаEnvironmental and economic efficiency of small-scale methanol production based on syngas generatorsКузьминA. M.KuzminA. M.kuzmin.lex@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0153-5683ГашевскийE. M.GashevskiyE. M.em@gashevskiy.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3919-954XNational Research Tomsk Polytechnic UniversityTomskRussiaLLC "HTR"Saint PetersburgRussiaНациональный исследовательский Томский политехнический университетТомскРоссияООО "ВТР"Санкт-ПетербургРоссияBaltic State Technical University "VOENMEH" named after D. F. UstinovSaint PetersburgRussiaБалтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д. Ф. УстиноваСанкт-ПетербургРоссия290920263141153http://www.envjournal.ru/arhvr.php?q=1039

Рассмотрена проблема обеспечения метанолом отдалённых нефтегазовых месторождений. Показано, что традиционная схема транспортировки сопряжена с высокими экологическими рисками, обусловленными возможными утечками и загрязнением окружающей среды. В качестве альтернативы предложено создание мобильных малотоннажных установок производства метанола на основе некаталитического парциального окисления метана в газогенераторе синтез-газа (ГСГ). Приведены результаты численного моделирования внутрикамерных процессов для производительности 5000 т метанола в год. Установлено, что оптимизация смесительной головки позволяет достичь полноты сгорания метана на уровне 99,2 % при отсутствии сажеобразования и минимальном остаточном содержании метана. На основе методологии оценки жизненного цикла (LCA) выполнял расчёт углеродного следа. Показано, что локальное производство метанола снижает удельные выбросы парниковых газов на 40-58 % по сравнению с централизованным производством и транспортировкой на расстояние от 2000-5000 км. Представлены результаты технико-экономической оценки для производительностей 2500-10000 т/год, включая показатели CAPEX, OPEX, себестоимости, IRR, NPV и срока окупаемости. Выполнен системный анализ экологических и технологических рисков внедрения ГСГ-установок, включая пожарои взрывоопасность, с обоснованием мер их минимизации. Сделан вывод о том, что внедрение ГСГ-установок существенно снижает экологическую нагрузку на труднодоступных территориях за счёт исключения дальних перевозок опасного груза и уменьшения эмиссии парниковых газов.

The paper addresses the problem of methanol supply to remote oil and gas fields. It is shown that the traditional transportation scheme involves high environmental risks due to potential spills and pollution. As an alternative, the development of mobile small-scale methanol production units based on non-catalytic partial oxidation of methane in a syngas generator (SGG) is proposed. The results of numerical simulation of in-chamber processes for methanol capacity of 5000 t/year are presented. It is established that optimization of the mixing head allows achieving methane combustion efficiency of 99.2 % without soot formation and with minimal residual methane. Based on life cycle assessment (LCA) methodology, the carbon footprint was calculated. It is shown that on-site methanol production reduces specific green house gas emissions by 40–58 % compared with centralized production and transportation over a distance of 2000–5000 km. The results of a techno-economic assessment for capacities of 2500–10000 t/year are presented, including CAPEX, OPEX, production cost, IRR, NPV and payback period. A systematic analysis of environmental and technological risks of SGG implementation, including fire and explosion hazards, with justification of mitigation measures, has been performed. It is concluded that the implementation of SGG-based units significantly reduces the environmental pressure in remote areas by eliminating long-distance hazardous cargo transportation and decreasing green house gas emissions.

синтез-газметанолмалотоннажное производствогазогенераторпарциальное окислениеэкологические рискичисленное моделированиевыбросыпопутный нефтяной газуглеродный следмасштабированиеsyngasmethanolsmall-scale productiongas generatorpartial oxidationenvironmental risksnumerical simulationemissionsassociated petroleum gascarbon footprintscalingКемалов Р.А., Кемалов А.Ф. Технологии получения и применения метанола. Казань: Казан. ун-т, 2016. 167 с.Арутюнов В.С., Голубева И.А., Елисеев О.Л., Жагфаров Ф.Г. Технология переработки углеводородных газов. М.: Юрайт, 2020. 723 с.Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. М.: Красанд, 2011. 590 с.Magson J., Lee Chan T.G., Mohammed A., Ward K. Towards flexible large‑scale, environmentally sustainable methanol and ammonia co‑production using industrial symbiosis // RSC Sustainability. 2025. V. 3. No. 3. P. 1157–1169. doi: 10.1039/d4su00647jКузьмин А.М. Попутный нефтяной газ в метанол: экологические последствия факельного сжигания и перспективы низкоуглеродной энергетики (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2026. № 2. С. 29–39. doi: 10.25750/1995-4301-2026-2-029-039Кантор Г.Я., Сырчина Н.В. Альтернативная оценка вклада метана в парниковый эффект // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 3. С. 197–207. doi: 10.25750/1995-4301-2023-3-197-207Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1974. V. 3. No. 2. P. 269–289. doi: 10.1016/0045-7825(74)90029-2Magnussen B.F., Hjertager B.H. On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion // Symp. Combust. Proc. 1977. V. 16. No. 1. P. 719–729. doi:10.1016/S0082- 0784(77)80366-4Bouziane A., Alami A., Zaitri M., Bouchame B., Bouchetara M. Investigation of swirl stabilized CH4 air flame with varied hydrogen content by using computational fluid dynamics (CFD) to study the temperature field and flame shape // Eng. Technol. Appl. Sci. Res. 2021. V. 11. No. 2. P. 6943–6948. doi: 10.48084/etasr.4034Кузьмин А.М., Гашевский Е.М. Исследование термодинамических процессов парциального окисления в газогенераторе синтез-газа // Научный журнал Российского газового общества. 2023. № 1. С. 106–112. doi: 10.55557/2412-6497-2023-1-106-112Кочуров Б.И., Глуховская М.Ю., Гарицкая М.Ю., Евстифеева Т.А. О методических подходах к определению углеродного следа // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 4. С. 216–224. doi: 10.25750/1995-4301-2023-4-216-224Prifti K., Lechtenberg F., Manenti F., Espuña A., Graells M. Comparing the climate impact of methanol production in Europe: Steam methane reforming vs. Plastic waste gasification processes // Resour. Conserv. Recycl. 2024. V. 208. Article No. 107653. doi: 10.1016/j. resconrec.2024.107653Makaryan I.A., Salgansky E.A., Arutyunov V.S., Sedov I.V. Non-catalytic partial oxidation of hydrocarbon gases to syngas and hydrogen: a systematic review // Energies. 2023. V. 16. No. 6. Article No. 2916. doi: 10.3390/ en16062916Masum F.H., Tan E.C.D., Kolodziej C.P., Hawkins T.R. Life cycle assessment of methanol from fossil, biomass, and waste sources, and its use as a marine fuel in dual-fuel engines // Environ. Sci. Technol. 2025. V. 59. No. 43. P. 23239–23250. doi: 10.1021/acs.est.5c08873Al-Yafei H., Aseel S., AlNouss A., AlJarrah M., Abdussamie N., Al-Kuwari A., Kerret A., Ghafoor N.A., Winarno M.R., Al-Bader A., Al Tamimi T., Sabbah S. Driving Green: a comprehensive sustainability analysis of natural gas-to-methanol and methanol-to-gasoline supply chains // Sustainability. 2026. V. 18. No. 1. Article No. 527. doi: 10.3390/su18010527Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, J.B.R. Matthews, S. Berger, M. Huang, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou, E. Lonnoy, T.K. Maycock, T. Waterfield, K. Leitzell, N. Caud. Intergovermental Panel on Climate Change, 2021. 40 p.Vasilyev A.V. Complex ecological monitoring of negative impact of oil-containing waste in areas of oilfields as an object of ecological risk // Theoretical and Applied Ecology. 2023. No. 4. P.  78–84. doi: 10.25750/1995-4301-2023-4-078-084Загашвили Ю.В., Ефремов В.Н., Кузьмин А.М., Лищинер И.И. Комплекс получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола // НефтеГазо- Химия. 2017. № 1.С. 19–26.Кузьмин А.М., Гашевский Е.М., Кузьмина Ю.В. Обоснование геометрических характеристик газогенератора синтез-газа // Научный журнал Российского газового общества. 2023. № 3. С. 104–117.Кузьмин А.М., Улманис А.А., Ценева С.Н., Буслаев Г.В., Морин А.А. Технико-экономическая оценка технологии малотоннажного производства метанола при парциальном окислении природного газа воздухом // Нефтегазовое дело. 2022. № 1. С. 144–169. doi: 10.17122/ ogbus-2022-1-144-169Брейли Р., Майерс С. Принципы корпоративных финансов. М.: Олимп-Бизнес, 2016. 1008 с.Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Оптимизация состава синтез-газа для малотоннажного производства метанола // НефтеГазоХимия. 2018. № 3. С. 39–43. doi: 10.24411/2310-8266-2018-10303Загашвили Ю.В., Кузьмин А.М. Влияние состава водородсодержащего газа на выход метанола // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 10. С. 187–195. doi: 10.18799/24131830/2020/10/2871Lishchiner I.I., Malova O.V., Tarasov A.L. Conversion of associated petroleum gas into aromatic hydrocarbons // Catal. Ind. 2019. V. 11. No. 2. P. 138–146. doi: 10.1134/S2070050419020077Лищинер И.И., Малова О.В., Толчинский Л.С. Модульные энерготехнологические установки Энергосинтоп // Газохимия: состояние и пути развития в XXI веке: труды Московского семинара по газохимии 2012–2013 гг. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2014. С. 140–160.Kemalov R.A., Kemalov A.F. Technologies for methanol production and application. Kazan: Kazan University Publ., 2016. 167 p. (in Russian).Arutyunov V.S., Golubeva I.A., Eliseev O.L., Zhagfarov F.G. Technology of hydrocarbon gas processing. Moskva: Yurayt Publ., 2020. 723 p. (in Russian).Arutyunov V.S. Oxidative conversion of natural gas. Moskva: Krasand Publ., 2011. 590 p. (in Russian).Magson J., Lee Chan T.G., Mohammed A., Ward K. Towards flexible large-scale, environmentally sustainable methanol and ammonia co production using industrial symbiosis // RSC Sustainability. 2025. V. 3. No. 3. P. 1157–1169. doi: 10.1039/d4su00647jKuzmin A.M. Associated petroleum gas processing into methanol: environmental impacts of flaring and prospects for low-carbon energy: a review // Theoretical and Applied Ecology. 2026. No. 2. P. 29–39 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2026-2-029-039Kantor G.Ya., Syrchina N.V. Alternative assessment of methane’s contribution to the greenhouse effect // Theoretical and Applied Ecology. 2023. No. 3. P. 197–207 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2023-3-197-207Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1974. V. 3. No. 2. P. 269–289. doi: 10.1016/0045- 7825(74)90029-2Magnussen B.F., Hjertager B.H. On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion // Symp. Combust. Proc. 1977. V. 16. No. 1. P. 719–729. doi: 10.1016/S0082- 0784(77)80366-4Bouziane A., Alami A., Zaitri M., Bouchame B., Bouchetara M. Investigation of swirl stabilized CH4 air flame with varied hydrogen content by using computational fluid dynamics (CFD) to study the temperature field and flame shape // Eng. Technol. Appl. Sci. Res. 2021. V. 11. No. 2. P. 6943–6948. doi: 10.48084/etasr.4034Kuzmin A.M., Gashevskiy E.M. Investigation of thermodynamic processes of partial oxidation in a synthesis gas generator // Scientific journal of Russian Gas Society. 2023. No. 1. P. 106–112 (in Russian). doi: 10.55557/2412-Kochurov B.I., Glukhovskaya M.Yu., Garitskaya M.Yu., Evstifeeva T.A. On methodological approaches to determining the carbon footprint // Theoretical and Applied Ecology. 2023. No. 4. P. 216–224 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2023-4-216-224Prifti K., Lechtenberg F., Manenti F., Espuña A., Graells M. Comparing the climate impact of methanol production in Europe: Steam methane reforming vs. Plastic waste gasification processes // Resour. Conserv. Recycl. 2024. V. 208. Article No. 107653. doi: 10.1016/j.resconrec.2024.107653Makaryan I.A., Salgansky E.A., Arutyunov V.S., Sedov I.V. Non-catalytic partial oxidation of hydrocarbon gases to syngas and hydrogen: a systematic review // Energies. 2023. V. 16. No. 6. Article No. 2916. doi: 10.3390/en16062916Masum F.H., Tan E.C.D., Kolodziej C.P., Hawkins T.R. Life cycle assessment of methanol from fossil, biomass, and waste sources, and its use as a marine fuel in dual-fuel engines // Environ. Sci. Technol. 2025. V. 59. No. 43. P. 23239–23250. doi: 10.1021/acs.est.5c08873Al-Yafei H., Aseel S., AlNouss A., AlJarrah M., Abdussamie N., Al-Kuwari A., Kerret A., Ghafoor N.A., Winarno M.R., Al-Bader A., AlTamimi T., Sabbah S. Driving Green: a comprehensive sustainability analysis of natural gas-to-methanol and methanol-to-gasoline supply chains // Sustainability. 2026. V. 18. No. 1. Article No. 527. doi: 10.3390/su18010527Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds. V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, J.B.R. Matthews, S. Berger, M. Huang, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou, E. Lonnoy, T.K. Maycock, T. Waterfield, K. Leitzell, N. Caud. Intergovermental Panel on Climate Change, 2021. 40 p.Vasilyev A.V. Complex ecological monitoring of negative impact of oil-containing waste in areas of oil fields as an object of ecological risk // Theoretical and Applied Ecology. 2023. No. 4. P. 78–84. doi: 10.25750/1995-4301-2023-4-078-084Zagashvili Yu.V., Efremov V.N., Kuzmin A.M., Lischiner I.I. Complex for obtaining synthesis-gas for small-tonnage production of methanol // NefteGazoKhimiya. 2017. No. 1. P. 19–26 (in Russian).Kuzmin A.M., Gashevskiy E.M., Kuzmina Yu.V. Substantiation of the geometric characteristics of a synthesis gas generator // Scientific journal of Russian Gas Society. 2023. No. 3. P. 104–117 (in Russian).Kuzmin A.M., Ulmanis A.A., Tseneva S.N., Buslaev G.V., Morin A.A. Technical and economic assessment of low-tonnage methanol production technology under partial oxidation of natural gas by air // Oil and Gas Business. 2022. No. 1. P. 144–169 (in Russian). doi: 10.17122/ ogbus-2022-1-144-169Brealey R.A., Myers S.C. Principles of corporate finance. Moskva: Olimp-Biznes, 2016. 1008 p. (in Russian).Zagashvili Yu.V., Kuzmin A.M. Optimization of syngas composition for small-scale methanol production // NefteGazoKhimiya. 2018. No. 3. P. 39–43 (in Russian). doi: 10.24411/2310-8266-2018-10303Zagashvili Yu.V., Kuzmin A.M. Influence of hydrogen-containing gas composition on methanol yield // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2020. V. 331. No. 10. P. 187–195 (in Russian). doi: 10.18799/24131830/2020/10/2871Lishchiner I.I., Malova O.V., Tarasov A.L. Conversion of associated petroleum gas into aromatic hydrocarbons // Catal. Ind. 2019. V. 11. No. 2. P. 138–146. doi: 10.1134/S2070050419020077Lishchiner I.I., Malova O.V., Tolchinsky L.S. Modular energy-technology units Energosintop // Gas chemistry: state and ways of development in the 21st century: trudy Moskovskogo seminara po gazokhimii 2012–2013. Moskva: Gubkin Russian State University of Oil and Gas, 2014. P. 140–160 (in Russian).