Чжан Лянцзы - Исследование эффективности современных нанокатализаторов

© Чжан Лянцзы, 2022

ISBN 978-5-0059-1263-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Попутный нефтяной газ (ПНГ) – это ценнейшее химическое сырье и высокоэффективное органическое топливо. Попутный газ, помимо метана, содержит значительное количество этана, пропана, бутана и других предельных углеводородов, а также не углеводородных компонентов.

Исторически сложилось, что внимание общественности, контролирующих органов привлекают, главным образом, разливы нефти с последующим загрязнением земельных ресурсов и водных объектов. При этом часто не уделяется должного внимания выбросам в атмосферу и другим негативным последствиям сжигания попутного газа на факелах. В то же время, поступающие в окружающую среду продукты сгорания попутного нефтяного газа представляют собой потенциальную угрозу нормальному функционированию человеческого организма на физиологическом уровне. Для эффективного использования ПНГ

Актуальность данной работы определяется необходимостью получения большого объема метанола для химической промышленности, потребностью изучения научной проблемы разработки нанокатализаторов на основе железа/цеолита для повышения выхода метанола в реакции преобразования метана из ПНГ.

Метанол является экономически выгодным продуктом химической реакции преобразования синтез-газа и распространенным соединением, применяющимся в разных отраслях промышленности. В нефтегазовой промышленности метанол используется для: очистки топлива, борьбы с гидратообразованием, увеличения октанового числа, производства изопрена и метилтретбутилового эфира (МТБЭ), производства биодизельного горючего.

С развитием нанотехнологии появился новый доступ к решению вопроса о полезном использовании ПНГ. Замечательными способностями обладают наноразмерные катализаторы. Благодаря их активности наночастиц катализаторы обладают ускорением реакции в сотни раз.

Попутный нефтяной газ является смесей газов и парообразных углеводородных и не углеводородных компонентов природного происхождения, которые выделяются из скважин и из пластовой нефти при ее сепарации [1]. Количество газа в нефти обычно колеблется в довольно широких пределах, достигая от одного кубометра до нескольких тысяч в одной тонне нефти. Он представляет собой ценный сопутствующий продукт [2—5].

Ниже представим некоторые составы ПНГ в месторождении Чанцин (Китай) [6—8]. Как правило, в зависимости от района добычи вместе с 1 т сырой нефти получают от 25 до 800 м 3такого газа. Содержание газа до 200 м 3на 1 т нефти считается низким, 400—600 м 3 – высоким. В ряде случаев добыча нефти производится при аномально высоком содержании газообразных продуктов – до 2,5 тыс. м 3на 1 т нефти.

Известно, что ПНГ обладает высокой теплотворной способностью, уровень которой находится в диапазоне 9—15 тысяч Ккал/м 3. Калорийность ПНГ составляет 1,46 МДж/м 3. Таким образом, он может эффективно использоваться в энергетике [9—10]. ПНГ в основном составляет метан, этан, пропан, бутан и изобутан и содержит в высокомолекулярной жидкости. В нем также содержится примеси различного состава и фазы. Метан занимает примерно 61,74%, этан – 7,71%, пропан – 17,59%, бутан – 4,87%, изобутан – 3,76%, а азот – 1,34% [11].

В зависимости от этого их можно условно разделить на три категории [5]:

1. Бедные или сухие, содержащие до 50 г/м 3 тяжелых углеводородов;

2. Средней жирности, содержащие от 50 до 400 г/м 3 тяжелых углеводородов;

3. Жирные содержащие свыше 400 г/м 3 тяжелых углеводородов.

Большинство попутных газов может быть отнесено к категории жирных. С легкой нефтью добывают более жирный газ, с тяжелой нефтью- преимущественно сухой газ [12].

Содержание углеводородов С З+может изменяться в диапазоне от 100 до 600 г/м³. При этом состав и количество ПНГ не является величиной постоянной. Возможны как сезонные, так и разовые колебания (нормальное изменение значений до 15%).

Пропан и бутан легко могут сжижаться при обычной температуре даже при небольших давлениях.

В связи с этим в пластовых условиях распределение каждого углеводорода между жидкой и газообразной фазами будет находиться в соответствии с давлением паров при данной температуре. Газ, не перешедший в жидкую фазу в пластовых условиях, может находиться в разных состояниях в разных состояниях в зависимости от давления насыщения (свободном, растворенном, адсорбированном и др.).

Плотность при 0 ℃ примерно 0,7—1,2 кг/м 3. Низшая теплота сгорания примерно 36,9—52,4 МДж/нм 3. Число Воббе примерно 47,8—55,0 МДж/нм 3.

Получение ПНГ часто пользуют метод сепарирования от нефти в многоступенчатых сепараторах. Давление в различных сепараторах обычно отличается велико. Например, в сепараторе первой ступени величина является 1600—3000 кПа, а на последней величина не превышает 150—400 кПа. Давление и температура конструируется в процессе сепарирования смеси газ – нефть – вода, получаемой со скважины.

Специфической особенностью ПНГ является обычно незначительный расход получаемого газа, от 100 до 5000 нм³/час.

Пользование ПНГ отличается от природного, потому что по составу природный газ содержат более 95% метана. А в ПНГ более содержат углеводород С 3+. С увеличением содержания углеводород С 3+более ценности возвращает ПНГ.

Однако успешному использованию в экономике попутного нефтяного газа мешают два фактора. Во-первых, это нестабильность его состава и наличие большого количества примесей, а во-вторых, необходимость существенных затрат на его «осушку». Дело в том, что нефтяной газ обладает уровнем влагосодержания, равным 100% [13—15].

Метанол (CH 3OH) – это химическое вещество с самой простой структурой в спиртах. Как и большинство химических веществ, содержащих гидроксильные группы, это бесцветная жидкость при комнатной температуре, летучая и имеет резкий запах. Он полностью смешивается с водой, растворяется в спиртах и эфирах. Большинство из них. другие органические растворители. При низких температурах метанол обладает высокой способностью абсорбировать такие кислые газы, как диоксид углерода, сероводород и карбонилсульфид. Это особое физическое свойство позволяет использовать метанол в качестве растворителя для десульфуризации и декарбонизации промышленных газов [16—18].