Слайд 1 - XXVIII Всероссийское межотраслевое совещание

В.Н. Пармон, А.С. Носков
Институт катализа Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск
XXIV Всероссийское межотраслевое совещание «Проблемы утилизации попутного
нефтяного газа и оптимальные направления его использования»
06-07 октября 2010 г., г. Сочи
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
1
Структура доклада:
Очистка и осушка попутных нефтяных газов
Теплоэнергетическое использование попутных нефтяных газов
Высококвалифицированная переработка попутных нефтяных газов
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
2
Технологии каталитической очистки газов
от сероводорода
Реактор с блочным
катализатором сотовой структуры
Реактор с псевдоожиженным
слоем катализатора
H2S + O2  Sn + H2O
Очистка
высококонцентрированных
газов (СH2S до 80 %)
ТЕХНОЛОГИИ
Очистка
низкоконцентрированных
газов
ЗАПАТЕНТОВАНЫ В
РОССИИ, США, КАНАДЕ, ФРАНЦИИ, ЯПОНИИ, ГЕРМАНИИ
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
3
Пилотная и опытно-промышленная апробация
процесса прямого окисления сероводорода
(1987-2005 гг.)
Место расположения
установки
Параметры
Эффективность очистки,
%
Астрахань АГКМ
природный газ
С(H2S) = 27 об.%
Пилотная
- до 50 нм3/ч
98
Шкаповский ГПЗ
кислый газ
С(H2S) = 75 об.%
Опытно-промышленная
- до 350 нм3/ч
98
Бавлинская УППГ
кислый газ
С(H2S) = 60 об.%
Опытно-промышленная
- до 50 нм3/ч
99
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
4
Реактор прямого
окисления
Блок аминовой
очистки
Установка очистки попутного нефтяного газа c утилизацией сероводорода
на Бавлинской УППГ (мини-ГПЗ)
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
5
Селективные сорбенты воды на основе
композиционных материалов для осушки
углеводородных газов
Исходное начальное состояние
пористая
матрица
введенная
безводная соль
твердый
кристаллогидрат
(соль . nH2O)
сорбция
H2O
Q
Пористые матрицы:

силикагели

оксид алюминия

пористый углерод

металлические губки
сушка
T = 20-40oC
пар
вода
100%
25%
заполнение
пор
заплолнение
пор
водный раствор
соли
Конечное состояние
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
6
Селективные сорбенты воды на основе
композиционных материалов
•Области применения:
- нефте- и газопереработка
- машиностроение
- химическая промышленность
•Преимущества:
- высокая ёмкость по сорбции воды – до 0,6 г/г
- точка росы
– до 95оС (!)
- температура регенерации
– 120150оС
•Состояние разработки:
В 2002 г. создано опытное производство в
г. Омске мощностью до 200 т/год
•Потребители опытно-промышленных
партий:
Осушка технического воздуха
- ООО «Лукойл-Пермьнефтеоргсинтез»
- ООО «Ачинский НПЗ-ВНК»
- ОАО «Уфанефтехим»
- ОАО «Новоуфимский НПЗ»
- ОАО «Метафракс»
Осушка углеводородов
- ОАО «Омсккаучук»
- ОАО «Салаватнефтеоргсинтез»
Перспективы на 2010-2012 гг.
Создание промышленного производства
мощностью до 10 тыс.т/год
 Выход на зарубежные рынки осушителей

Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
7
Новое поколение алюмооксидных осушителей
Характеристики осушителей
Динамическая емкость
(точка росы (-36оС),
температура регенерации 250оС)
г. Н2О/100г. осушителя
Статическая емкость по парам
воды (отн. влажность – 60%)
15,3
10,4
5,7
Преимущества нового поколения алюмооксидных осушителей:
- Обеспечение осушки до точки росы, соответствующей температуре -55ОС
при емкости до 200 кг Н2О на тонну осушителя;
- Снижение себестоимости на 20 - 25% за счет:
а) сокращения потребления воды в 25 раз (!);
б) использования термоактивированного гиббсита;
- Использование осушителей в форме шарика.
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
8
Каталитические теплогенераторы
на природном и попутном газе
Основная задача:
Обеспечение теплом
производственных промышленных и сельскохозяйственных объектов
(склады, ангары, теплицы, животноводческие фермы)
минимальными расходами топлива
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
9
Разработана серия теплогенераторов
различной мощности - от 2 до 3000 кВт Т
Теплогенератор «КВАРЦ» 2,3 кВт Т
Каталитический генератор
теплого воздуха, 100 кВт Т
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
10
Основные преимущества

Содержание токсичных веществ в нагретом воздухе ниже ПДК:
Вещество
ПДК р.з
Факт
Оксид углерода
20
13
Оксиды азота
5
3
10
9
50
30
Диоксид серы
Ед. изм.
мг/м3
Углеводороды

Безопасность (отсутствие пламени), автономность и мобильность

Устройства до 20 кВтТ дешевле зарубежных аналогов в 1,5 - 2 раза

Зарубежные каталитические устройства высокой мощности (100-3000 кВтТ)
на российском рынке отсутствуют

Экономия топлива достигает 60%
Разработка защищена 6 патентами РФ
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
11
Процесс ароматизации легких
углеводородов
Основная задача:
Ликвидация дефицита бензола
(более 500 тыс.т в год) для российской нефтехимии и утилизация
труднотранспортируемых C2– C 4+ углеводородов
в ароматические углеводороды
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
12
Оптимизация текстуры цеолитов
Морфология цеолита, традиционно
используемого для приготовления
катализаторов процессов ароматизации
пропан-бутановой фракции
Морфология цеолитных кристаллов,
разработанная для создания
катализаторов ароматизации пропанбутановой фракции нового поколения
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
13
Переработка попутных газов – перспективная
сырьевая база нефтехимии России
В России ежегодно бесполезно сжигают на факелах более 35 млрд м3/год
попутных газов нефте(газо)добычи, что приводит к потере 700 млрд. руб./год и
выбросам в атмосферу около 100 млн. т/год СО2
Катализатор ароматизации
попутных газов (промышленное
производство мощностью 150 т/год)
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
14
Ароматизация попутных газов
(углеводороды C2–C4+)
На комплексе опытных экспериментальных установок проведен опытно-промышленный
пробег катализатора и технологии ароматизации пропан-бутановой фракции в
реакторах со стационарным слоем катализатора:

Два последовательных проточных
реактора общим рабочим объемом
470 литров

Загрузка катализатора составила
120 литров (40 литров в первом
реакторе и
80 литров во втором)

В оптимальном режиме длительность
межрегенерационного пробега
составила 10 суток

Общий срок службы катализатора
прогнозируется не менее 1 года
Опытно-промышленная установка
мощностью 1000 т/г
г. Краснодар, 2006 г.
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
15
Ароматизация пропан-бутановой фракции
(опытно-промышленные испытания)
Баланс продуктов
Состав сырья
% мас.
Состав продуктов
% мас.
этан
3,5
С1, С2+Н2
31,5
пропан
40,9
С3
21,6
изо-бутан
22,1
С4
6,0
Н-бутан
23,8
С5
0,9
бутилены
0,3
Бензол
8,9
изо-пентан
5,9
Толуол
18,5
Н-пентан
3,1
Ксилолы
9,2
гексаны
0,4
С9+
3,4
Итого:
100
Итого:
100
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
16
Переработка попутных газов в ароматические
углеводороды (лабораторные испытания)
Состав природного газа: метан 80 % об, этан 4 % об., пропан/бутан 2 % об.
 Температура процесса - 540–570 °С
 Объемная скорость - 800–1400 час–1

Экспериментальные данные
Величина
Значение
Конверсия С3, % масс.
80,5
Конверсия С4, % масс.
100
Выход ароматики на превращенную С3–С4, % масс.
85,5
Состав жидкого продукта, % масс.
Бензол
36,7
Толуол
38,9
Фракция С8
7,1
Фракция С9+
17,3
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
17
Получение жидких углеводородов из попутных
нефтяных газов на Mo-ZSM-5 катализаторах
Процесс дегидроароматизации метана на металл-цеолитных катализаторах
позволяет перерабатывать метан в составе природного и попутного нефтяного газа
в ароматические продукты. Основным продуктом является бензол.
Селективность его образования превышает 80%.
6CH4
C6H6 + 9H2
Молекулы метана из газовой фазы легко диффундируют к Mo-содержащим нанокластерам,
расположенным в каналах цеолита и образуют молекулу бензола. Диаметр каналов близок к размеру
молекулы бензола, метилзамещенные гомологи практически не образуются и фактически происходит
образование нанокалиброванного продукта с высокой селективностью.
Mo-содержащие
нанокластеры
внутри каналов
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
18
Переработка углеводородных газов в синтетическое
жидкое топливо (синтез Фишера-Тропша (СФТ))


Синтез Фишера-Тропша разработан в Германии в 20-х годах ХХ века для производства
дизельного топлива из продуктов газификации угля.
Производство ФТ-дизеля в Германии достигло в 1944 г. до 600 тыс.т/год
Природный газ, ШФЛУ
Нефть
Синтез-газ (СО+Н2)
Продукты нефтепереработки
Продукты СФТ
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
19
Состав продуктов СФТ в зависимости от используемого
катализатора и температуры (% масс.)
кобальт,
220оС
железо, 240оС
железо, 340оС
(суспендировнный слой)
(суспендировнный слой)
Фракция С5-С12
• парафины
60
29
13
• олефины
39
64
70
• ароматика
0
0
5
•Кислород- содержащие
1
7
12
Фракция С13-С18
• парафины
95
44
15
• олефины
5
50
60
• ароматика
0
0
15
<1
6
10
Катализатор
•Кислород- содержащие
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
20
Технико-экономические характеристики
установок СФТ
Типы реакторов
Производительность
тонн/м3∙год
Трубчатые реактора
400-450
Реактора с псевдоожиженным
слоем
450-500
«Сларри» - реактора
240-250
Мембранный (лабораторный)
1100-1200
Типы катализаторов

Железосодержащий

Кобальтсодержащий
Давление

10-30 атм.
Капитальные затраты на
создание установок СФТ

Мощности
350÷700
тыс.тонн СЖТ/год

Затраты
(750÷1000) тыс.
долл (1тыс.тонн/год)

Капитальные
затраты
= k∙X(0,6÷0,8)
где Х – производительность
барель/день
(млн.долл.)
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
21
Наноуглеродные материалы для производства
композиционных полимеров
Образование нановолокнистого углерода происходит в результате
каталитического разложения углеводородов
катализатор
Cn H m 
 С   2Н 2 
450650о С
500nm
Ni
катализатор
90%NiO/Al2O3
Выход продукта
150 – 300 г/г катализатора
Области применения

Строительные и дорожные материалы
- увеличение прочности в 1,5 – 2,0 раза
- облегчение материалов
- увеличение срока службы

Композиционные полимеры
- электропроводность
- морозостойкость
- механическая прочность
Предлагается выполнение совместных проектов по созданию композиционных полимеров
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
22
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
23
Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН
24