Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологического процесса матричной конверсии природных и попутных газов в синтез-газ с низким содержанием азота

Докладчик: Арутюнов Владимир Сергеевич

Должность: заведующий лабораторией, профессор, д.х.н.

Цель проекта:
1. Проект направлен на практическое решение одной из важнейших задач отечественной газовой отрасли - создание экономически эффективной технологии конверсии природных и попутных газов в жидкие химические продукты с высокой добавленной стоимостью и моторные топлива 2. Цель проекта - создание инновационной высокопроизводительной технологии конверсии природных и попутных газов в синтез-газ, позволяющей на порядок снизить габариты, металлоемкость и стоимость оборудования. Конечным продуктом реализации проекта будет принципиально новая, не имеющая мировых аналогов технология конверсии природных и попутных газов в синтез-газ, являющийся исходным продуктом для производства аммиака, водорода, метанола, синтетических жидких топлив и многих других химических продуктов. Реализация данного проекта может сыграть ключевую роль в переводе нефтехимии на более дешевое и доступное газовое сырье, так как именно на стадию конверсии природного газа в синтез-газ приходится 60-70% всех затрат на получение целевых продуктов. Разрабатываемая технология позволит непосредственно в промысловых условиях экономически эффективно превращать попутные газы в легко транспортируемые жидкие углеводороды и моторные топлива, и тем самым прекратить их факельное сжигание, а также вовлечь в промышленную разработку низконапорные, малодебитные и нетрадиционные газовые ресурсы. На основе новой технологии в добывающих регионах может быть организовано собственное производство моторных топлив, что позволит сократить объем «северного завоза» и повысить их энергетическую безопасность. Газохимия на базе новой технологии позволит создать в добывающих регионах высококвалифицированные рабочие места и пополнить местные бюджеты за счет производства химических продуктов с высокой добавленной стоимостью. Появятся реальные условия для развития водородной энергетики и экологически чистого водородного транспорта.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Выполненные по теме проекта НИОКР позволили создать принципиально новую некаталитическую технологию матричной конверсии природных и попутных газов практически любого состава в синтез-газ – исходный продукт для современной крупнотоннажной газохимии. Технология основана на автотермическом процессе парциального окисления углеводородных газов в синтез-газ вблизи проницаемой для газа внутренней поверхности замкнутой объемной матрицы, протекающем в режиме газофазного поверхностного горения. За счет эффективной рекуперации тепла полученного синтез-газа к поверхности матрицы и далее к входящей свежей газовой смеси процесс конверсии протекает в сверхадиабатическом режиме, что позволяет конвертировать сверхбогатые газокислородные смеси, и тем самым обеспечить высокий выход синтез-газа.
2. Процесс матричной конверсии углеводородных газов протекает в автотермическом режиме, не требует внешних источников тепла или энергии и не использует катализаторы, что позволяет резко снизить затраты на подготовку газов. Благодаря высокой удельной тепловой мощности на поверхности матрицы, от 40 до 100 Вт/см2, новый тип конверторов очень компактен и имеет на порядок более высокую объемную производительность по сравнению с традиционными типами конверторов. Это позволяет в разы снизить габариты и металлоемкость, а следовательно и стоимость нового типа конверторов. А отсутствие катализатора резко сокращает операционные затраты и затраты на подготовку газа. Совокупность этих качеств позволяет рассчитывать на создание экономически эффективных малотоннажных конверторов для переработки небольших потоков природных и попутных газов, в том числе сжигаемых в настоящее время в факелах.
3. Разработанная инновационная технология матричной конверсии углеводородных газов в синтез-газ является принципиально новой, не имеющей мировых аналогов, а приоритет авторов подтвержден полученными патентами и публикациями в отечественных и зарубежных изданиях.
4. По компактности, удельной производительности, низким значениям капитальных и операционных затрат новый тип конверторов в разы превосходит известные отечественные и зарубежные аналоги, и поэтому в настоящее время определяет мировой уровень в данной области.
5. Достижение заявленных результатов осуществляется путем создания в рамках данного проекта экспериментальных образцов матричных конверторов производительностью по синтез-газу 10-20 м3/ч для работы при атмосферном и высоком давлении с использованием в качестве окислителя атмосферного воздуха, воздуха, обогащенного кислородом и технического кислорода. После завершения проекта при участии Индустриального партнера (ООО «Телекор») намечен переход к стадии создания опытно-промышленных конверторов. Уже проведенные ранее успешные испытания аналогичных лабораторных образцов минимизируют риск неполучения заявленных результатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Областью применения создаваемых конверторов нового типа является, прежде всего, нефтегазодобывающая промышленность, не располагающая до сих пор технологиями для экономически рентабельной переработки небольших потоков природных и попутных газов. Следствием этого является продолжающееся в огромных масштабах факельное сжигание попутного газа, а также отсутствие возможности вовлечь в промышленную разработку огромные ресурсы низконапорных, малодебитных и нетрадиционных источников. Огромные возможности новая технология открывает для газохимии, подавляющая часть крупнотоннажных процессов которой осуществляется путем предварительной конверсии углеводородных газов в синтез-газ. На долю этой стадии приходится до 60-70% затрат на получение целевых продуктов. Именно высокие капитальные и энергозатраты на эту стадию являются в настоящее время основным фактором, сдерживающим более широкое развитие газохимии. Создание новых более простых и дешевых технологий получения синтез-газа (восстановительного газа) окажет сильное влияние на многие технологические процессы, прежде всего в черной и цветной металлургии. Снижение затрат на получение водорода и упрощение этого процесса даст сильнейший импульс развитию водородной энергетики на основе топливных элементов и экологически чистому водородному транспорту. Большое влияние новая технология конверсии углеводородных газов в синтез-газ может оказать на экономическое и социальное развитие самих добывающих регионов. На базе этой технологии может быть организовано собственное производство моторных топлив, что сократит объем «северного завоза» и повысит энергетическую безопасность удаленных регионов. Развитие на этой базе малотоннажной газохимии позволит создать в добывающих регионах высококвалифицированные рабочие места и пополнить местные бюджеты за счет производства химических продуктов с высокой добавленной стоимостью, в том числе потребляемых непосредственно в процессах нефтегазодобычи. Распределенная водородная энергетика на базе топливных элементов может существенно повысить надежность снабжения теплом и энергией в сфере ЖКХ и экологические показатели местной энергетики.
2. Практические перспективы внедрения планируемых результатов будут определяться реальными мерами, принимаемыми в России для перевода отечественной экономики на инновационный путь развития и последовательностью курса на повышение эффективности использования невозобновляемых сырьевых ресурсов.
3. Ожидаемые результаты создания инновационной отечественной технологии конверсии углеводородных газов в синтез-газ окажут влияние, прежде всего, на технологии использования попутного газа, экономику и энергетику нефтегазового комплекса. Большое влияние они окажут и на отечественное химическое машиностроение, перед которым откроется возможность освоения нового рынка высокотехнологичных процессов малотоннажной химической конверсии природных газов. Поскольку в настоящее время такая продукция отсутствует и за рубежом, а ее потенциальный рынок велик (в мире только ПНГ сжигается более 150 млрд м3/год), перед отечественным химическим машиностроением откроется возможность выхода на зарубежный рынок с уникальной высокотехнологичной продукцией. Это повысит интерес зарубежных нефтегазовых компаний к сотрудничеству с отечественными производителями, будет способствовать популяризации достижений отечественной науки и техники в стране и за рубежом.

Текущие результаты проекта:
Выполненные НИОКР позволили создать принципиально новую некаталитическую технологию матричной конверсии природных и попутных газов практически любого состава в синтез-газ – исходный продукт для производства подавляющей части современных крупнотоннажных газохимических продуктов. Технология основана на автотермическом процессе парциального окисления углеводородных газов в синтез-газ вблизи проницаемой для газа внутренней поверхности замкнутой объемной матрицы в режиме газофазного поверхностного горения. Теоретически и экспериментально показано, что за счет эффективной рекуперации тепла отходящего синтез-газа к поверхности матрицы и далее к входящей свежей газовой смеси процесс конверсии протекает в сверхадиабатическом режиме. Это позволяет конвертировать сверхбогатые газокислородные смеси, обеспечивающие высокий выход синтез-газа. Проведенные испытания лабораторных устройств продемонстрировали возможность работы при атмосферном и высоком давлении с использованием в качестве окислителя атмосферного воздуха, воздуха, обогащенного кислородом и технического кислорода. В настоящее время спроектирован и изготовлен экспериментальный образец матричного конвертора производительностью по синтез-газу 20 м3/ч для работы при атмосферном давлении. Закончено проектирование экспериментального образца матричного конвертора производительностью по синтез-газу 10 м3/ч для работы при высоком давлении. Закончен монтаж оборудования для проведения испытаний созданных экспериментальных образцов и отработки в масштабе этих образцов технологического процесса матричной конверсии углеводородных газов.