УГЛУБЛЕНИЕ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО И МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ НОВЕЙШИХ ТЕХНОЛОГИЙ



В статье рассмотрены ситуации, когда в условиях истощения мировых запасов нефти и резкого взлета цен на нефтепродукты исследователи и производители стали рассматривать природный газ как альтернативный источник углеводородного сырья. Разведанные запасы природного газа значительно превосходят запасы черного золота. Кроме того, природный газ можно, с известной оговоркой, отнести к возобновляемым источникам энергии и сырья: ведь основные компоненты природного газа – метан и этан – образуются при бактериальном брожении биомассы растительного и животного происхождения, а также в процессах переработки органического сырья.

Ключевые слова: мировые запасы нефти, нефтепродукты, углеводородное сырье, минеральное сырье, технологии.

В настоящее время в исследованиях, посвященных процессам переработки попутного и природного газа, появилось новое направление, которое позволило преодолеть трудности процесса конверсии предельных углеводородов и создать все предпосылки для того, чтобы в ближайшие годы химическая переработка попутного и природного газа заняла достойное место в производстве ценных продуктов газохимии.

Группа ученых, работающих в области физики разрядных явлений, создала принципиально новую плазмохимическую технологию переработки углеводородных газов, в результате которой получают широкий спектр ценных химических продуктов, в число которых входят дизельное топливо, высокооктановый бензин, высокооктановые компоненты топлив, этилен, пропилен, кислородсодержащие углеводородные продукты, олефиновые углеводороды и другие виды сырья крупнотоннажного органического синтеза .

В основу новой технологии заложены результаты фундаментальных научных исследований в области плазмохимических процессов конверсии углеводородов, основанных на пучково-плазменных, электроразрядных и микроволновых методах воздействия, позволяющих обеспечить максимальную концентрацию электрофизического воздействия на обрабатываемую среду.

По новой технологии могут перерабатываться нефтезаводские, попутные и природные газы, а также биогаз.

Установки по плазмохимической переработке углеводородных газов могут использоваться как непосредственно на нефтегазодобывающих промыслах, так и на нефтегазоперерабатывающих заводах.

На переработку поступает попутный или природный газ, который был подвергнут стандартным процессам осушки, выделения газового конденсата, кислых газов (CO2 и H2S) и других примесей, подлежащих удалению .

По плазмохимической технологии может успешно перерабатываться пропан-бутановая фракция сжиженного нефтезаводского и природного газов.

Очищенный углеводородный газ подается в смеситель непрерывного действия, в котором приготавливается реакционная смесь, состоящая из углеводородного газа и окислителя. В качестве окислителя используется очищенный атмосферный воздух.

Переработка реакционной смеси осуществляется в плазмохимическом реакторе, который представляет собой стальной вертикальный аппарат колонного типа. В корпусе реактора размещен стационарный слой катализатора необходимой высоты .

Реакционная смесь при температуре окружающей среды и атмосферном давлении равномерно подается в колонну сверху. В объеме катализатора генерируется диффузионный электрический разряд, равномерно заполняющий весь слой катализатора. Инициирование разряда осуществляется высоковольтными импульсами напряжения, подаваемыми от генератора.

Реакционная смесь, поступающая в слой катализатора, подвергается мощному электрофизическому воздействию неравновесной плазмы электрического разряда.

В результате протекания в реакторе плазмохимических процессов происходит высокоскоростная конверсия углеводородного газа в конечные продукты органического синтеза .

Выделяющееся в результате реакции тепло непрерывно отводится из реакционной зоны при помощи водоохлаждаемого змеевика.

На охлаждаемых поверхностях реактора происходит конденсация паров углеводородов. Образовавшийся конденсат стекает вниз, обеспечивая, тем самым, быстрый вывод продуктов реакции из зоны действия разряда. Конденсат собирается в нижней зоне колонны и насосом подается на последующую стадию приготовления готовой продукции.

Значительные возможности представляет плазмохимическая технология переработки углеводородных газов и в производстве другого продукта газохимии – метанола.

Для предприятий газовой отрасли России он необходим прежде всего в качестве ингибитора гидратообразования. Ежегодная потребность газовой отрасли в метаноле составляет 280 тыс. тонн. А ожидаемый ввод в эксплуатацию новых месторождений природного газа потребует увеличения расхода метанола: к 2030 году он может возрасти до 600 тыс. тонн в год.

Для удовлетворения этой потребности наиболее перспективным и экономически выгодным представляется вариант ввода в эксплуатацию компактных модульных плазмохимических установок по производству метанола непосредственно в газодобывающих регионах.

Важным направлением развития новой технологии переработки углеводородных газов является также производство этилена и пропилена, из которых получают, соответственно, полиэтилен и полипропилен. Прогноз развития российского рынка полиэтилена до 2020 г. показывает, что спрос на полиэтилен будет расти и составит 2,3 млн. тонн. Это говорит о перспективности создания новых производств полиэтилена в России, в частности на предприятиях газовой отрасли.

В итоге внедрение плазмохимической технологии на предприятиях газовой отрасли положит начало созданию крупнотоннажного производства по переработке углеводородных газов в экологически чистую, высокорентабельную продукцию и будет способствовать превращению газохимии в самостоятельную отрасль промышленности.

Основным достоинством плазмохимической технологии переработки углеводородных газов в сравнении с традиционными термокаталитическими процессами является низкая рабочая температура и давление газа.

В плазмохимической технологии процесс конверсии углеводородных газов осуществляется за один проход при температуре окружающей среды и атмосферном давлении.

Температура реакционных процессов снижена в среднем в 30 раз. При этом скорость реакционных процессов возрастает в среднем в 200 раз.

Плазмохимическая технология переработки позволяет значительно упростить и удешевить процесс газопереработки с одновременным увеличением выхода бензина, дизельного топлива и других целевых продуктов и повышением их качества .

Новая технология снижает энергетические затраты на проведение процессов синтеза ценных химических продуктов, за счет чего капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с традиционной технологией уменьшаются в среднем в 10 раз. Кроме того, снижается опасность производственных процессов.

На основе технологии могут быть созданы как компактные промышленные плазмохимические установки модульного типа, предназначенные к использованию непосредственно в районах нефтегазовых промыслов, так и крупнотоннажные промышленные плазмохимические установки, предназначенные для технического перевооружения предприятий газохимии, осуществляющих переработку природного газа в ценные химические продукты.