Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 1 XXIV Всероссийское межотраслевое совещание «Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и оптимальные направления. - презентация

1 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 1 XXIV Всероссийское межотраслевое совещание «Проблемы утилизации попутного нефтяного газа и оптимальные направления его использования» октября 2010 г., г. Сочи Институт катализа Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск В.Н. Пармон, А.С. Носков

2 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 2 Теплоэнергетическое использование попутных нефтяных газов Высококвалифицированная переработка попутных нефтяных газов Очистка и осушка попутных нефтяных газов Структура доклада: 2 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН

3 3 Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора Реактор с псевдоожиженным слоем катализатора Реактор с блочным катализатором сотовой структуры Реактор с блочным катализатором сотовой структуры Очистка высококонцентрированных газов (С H2S до 80 %) Очистка низкоконцентрированных газов Т ЕХНОЛОГИИ ЗАПАТЕНТОВАНЫ В РОССИИ, США, КАНАДЕ, ФРАНЦИИ, ЯПОНИИ, ГЕРМАНИИ Технологии каталитической очистки газов от сероводорода H 2 S + O 2 S n + H 2 O

4 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 4 Место расположения установки ПараметрыЭффективность очистки, % Астрахань АГКМ природный газ С(H 2 S) = 27 об.% Пилотная - до 50 нм 3 /ч 98 Шкаповский ГПЗ кислый газ С(H 2 S) = 75 об.% Опытно-промышленная - до 350 нм 3 /ч 98 Бавлинская УППГ кислый газ С(H 2 S) = 60 об.% Опытно-промышленная - до 50 нм 3 /ч 99 Пилотная и опытно-промышленная апробация процесса прямого окисления сероводорода ( гг.)

5 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 5 Установка очистки попутного нефтяного газа c утилизацией сероводорода на Бавлинской УППГ (мини-ГПЗ) Реактор прямого окисления Блок аминовой очистки

6 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 6 Селективные сорбенты воды на основе композиционных материалов для осушки углеводородных газов пористая матрица пар вода Исходное начальное состояние введенная безводная соль твердый кристаллогидрат (соль. nH 2 O) 25% заплолнение пор 100% заполнение пор сорбция H 2 O сушка водный раствор соли T = o C Конечное состояние Q Пористые матрицы: силикагели оксид алюминия пористый углерод металлические губки

7 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 7 Селективные сорбенты воды на основе композиционных материалов - нефте- и газопереработка - машиностроение - химическая промышленность Области применения: - высокая ёмкость по сорбции воды – до 0,6 г/г - точка росы – до 95 о С (!) - температура регенерации – о С Преимущества: В 2002 г. создано опытное производство в г. Омске мощностью до 200 т/год Состояние разработки: Осушка технического воздуха - ООО «Лукойл-Пермьнефтеоргсинтез» - ООО «Ачинский НПЗ-ВНК» - ОАО «Уфанефтехим» - ОАО «Новоуфимский НПЗ» - ОАО «Метафракс» Осушка углеводородов - ОАО «Омсккаучук» - ОАО «Салаватнефтеоргсинтез» Потребители опытно-промышленных партий: Перспективы на гг. Создание промышленного производства мощностью до 10 тыс.т/год Выход на зарубежные рынки осушителей

8 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 8 Статическая емкость по парам воды (отн. влажность – 60%) Динамическая емкость (точка росы (-36 о С), температура регенерации 250 о С) Новое поколение алюмооксидных осушителей Характеристики осушителей Преимущества нового поколения алюмооксидных осушителей: - Обеспечение осушки до точки росы, соответствующей температуре -55 О С при емкости до 200 кг Н 2 О на тонну осушителя; - Снижение себестоимости на % за счет: а) сокращения потребления воды в 25 раз (!); б) использования термоактивированного гиббсита; - Использование осушителей в форме шарика. 5,7 10,4 15,3 г. Н 2 О/100г. осушителя

9 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 9 Основная задача: Обеспечение теплом производственных промышленных и сельскохозяйственных объектов (склады, ангары, теплицы, животноводческие фермы) минимальными расходами топлива Каталитические теплогенераторы на природном и попутном газе

10 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 10 Разработана серия теплогенераторов различной мощности - от 2 до 3000 кВт Т Теплогенератор «КВАРЦ» 2,3 кВт Т Каталитический генератор теплого воздуха, 100 кВт Т

11 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 11 Основные преимущества Содержание токсичных веществ в нагретом воздухе ниже ПДК: ВеществоЕд. изм.ПДК р.з Факт Оксид углерода мг/м Оксиды азота53 Диоксид серы109 Углеводороды5030 Безопасность (отсутствие пламени), автономность и мобильность Устройства до 20 кВт Т дешевле зарубежных аналогов в 1,5 - 2 раза Зарубежные каталитические устройства высокой мощности ( кВт Т ) на российском рынке отсутствуют Экономия топлива достигает 60%

12 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 12 Процесс ароматизации легких углеводородов Основная задача: Ликвидация дефицита бензола (более 500 тыс.т в год) для российской нефтехимии и утилизация труднотранспортируемых C 2 – C 4+ углеводородов в ароматические углеводороды

13 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 13 Оптимизация текстуры цеолитов Морфология цеолита, традиционно используемого для приготовления катализаторов процессов ароматизации пропан-бутановой фракции Морфология цеолитных кристаллов, разработанная для создания катализаторов ароматизации пропан- бутановой фракции нового поколения

14 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 14 Переработка попутных газов – перспективная сырьевая база нефтехимии России В России ежегодно бесполезно сжигают на факелах более 35 млрд м 3 /год попутных газов нефте(газо)добычи, что приводит к потере 700 млрд. руб./год и выбросам в атмосферу около 100 млн. т/год СО 2 Катализатор ароматизации попутных газов (промышленное производство мощностью 150 т/год)

15 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 15 Ароматизация попутных газов (углеводороды C 2 –C 4+ ) 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.

16 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 16 Ароматизация пропан-бутановой фракции (опытно-промышленные испытания) Состав сырья% мас. этан3,5 пропан40,9 изо-бутан22,1 Н-бутан23,8 бутилены0,30,3 изо-пентан5,95,9 Н-пентан3,13,1 гексаны0,40,4 Итого:100 Баланс продуктов Состав продуктов% мас. С 1, С 2 +Н 2 31,5 С3С3 21,6 С4С4 6,06,0 С5С5 0,90,9 Бензол8,98,9 Толуол18,5 Ксилолы9,29,2 С 9+ 3,43,4 Итого:100

17 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 17 Переработка попутных газов в ароматические углеводороды (лабораторные испытания) Экспериментальные данные ВеличинаЗначение Конверсия С 3, % масс.80,5 Конверсия С 4, % масс.100 Выход ароматики на превращенную С 3 –С 4, % масс.85,5 Состав жидкого продукта, % масс. Бензол36,7 Толуол38,9 Фракция С 8 7,1 Фракция С 9+ 17,3 Состав природного газа: метан 80 % об, этан 4 % об., пропан/бутан 2 % об. Температура процесса - 540–570 °С Объемная скорость - 800–1400 час –1

18 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 18 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%. 6CH 4 C 6 H 6 + 9H 2 Mo-содержащие нанокластеры внутри каналов 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.

19 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 19 Переработка углеводородных газов в синтетическое жидкое топливо (синтез Фишера-Тропша (СФТ)) Нефть 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 Синтез-газ (СО+Н 2 ) Природный газ, ШФЛУ Продукты нефтепереработки Продукты СФТ

20 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 20 Состав продуктов СФТ в зависимости от используемого катализатора и температуры (% масс.) Катализаторкобальт, 220 о С железо, 240 о С ( суспендировнный слой ) железо, 340 о С ( суспендировнный слой ) Фракция С 5 -С 12 парафины олефины ароматика005 Кислород- содержащие 1712 Фракция С 13 -С 18 парафины олефины55060 ароматика0015 Кислород- содержащие < 1610

21 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 21 Технико-экономические характеристики установок СФТ Железосодержащий Кобальтсодержащий Типы катализаторов Давление атм. Капитальные затраты на создание установок СФТ

22 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 22 Наноуглеродные материалы для производства композиционных полимеров Образование нановолокнистого углерода происходит в результате каталитического разложения углеводородов 90%NiO/Al 2 O 3 500nm Ni катализатор Предлагается выполнение совместных проектов по созданию композиционных полимеров Выход продукта 150 – 300 г/г катализатора Композиционные полимеры - электропроводность - морозостойкость - механическая прочность Строительные и дорожные материалы - увеличение прочности в 1,5 – 2,0 раза - облегчение материалов - увеличение срока службы Области применения

23 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 23

24 Институт катализа им. Г.К Борескова СО РАН 24