Инновационный двухсекционный реактор и катализаторы для получения синтетических жидких углеводородов на GTL-установке «ТЭС» из синтез-газа некаталитической окислительной конверсии попутного нефтяного газа; Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов; Т. 337, № 8
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 337, № 8.— 2026.— С. 45-56 |
|---|---|
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , , , , |
| Summary: | Актуальность. Утилизация попутного нефтяного газа на удалённых и шельфовых месторождениях остаётся нерешённой проблемой из-за отсутствия экономически эффективных малотоннажных технологий. Сжигание попутного нефтяного газа наносит экологический ущерб и приводит к потере ценного углеводородного сырья. Технология GTL (gas‑to‑liquids) позволяет перерабатывать попутный нефтяной газ в синтетические жидкие углеводороды, пригодные для смешения с товарной нефтью или использования в качестве моторных топлив. Однако известные GTL‑процессы требуют сложных каталитических систем и раздельной регенерации компонентов, что ограничивает их применение в промысловых условиях. Цель. Разработка одностадийного GTL‑процесса получения синтетических жидких углеводородов из синтез‑газа некаталитической окислительной конверсии попутного нефтяного газа с использованием полифункциональных катализаторов и обоснование конструкции двухсекционного реактора, позволяющего раздельно регенерировать каталитические компоненты без остановки основного производства. Методы. Синтезировано семь бифункциональных катализаторов на основе оксидов Zn, Cu и Al. Оптимальный образец Zn‑Cu/Al2O3 (ZnO 25,10 мас. %, CuO 64,86 мас. %, Al2O3 10,04 мас. %) смешивали с цеолитным катализатором группы пентасилов (SiO2/Al2O3=47). Эксперименты проводили на лабораторной проточной установке со стационарным слоем катализатора при варьировании состава синтез‑газа (H₂/CO≈0,93 и 2,03). На основе выявленного технического противоречия (дезактивация оксидного катализатора при регенерации цеолита) разработана конструкция двухсекционного реактора, размещаемого в 20‑футовом морском контейнере. Выполнены прочностные расчёты. Результаты и выводы. Экспериментально установлено, что максимальный выход углеводородов (2,14 г/ч) при конверсии CO 29,1 % достигается на сырье с H₂/CO≈0,93, что соответствует составу синтез‑газа некаталитического парциального окисления попутного нефтяного газа воздухом. Предложенный двухсекционный реактор позволяет проводить окислительную регенерацию цеолитсодержащего катализатора в одной секции, не останавливая процесс синтеза углеводородов во второй секции. Реакторный блок масштабируется от 10 до 40 млн м3 попутного нефтяного газа в год простым увеличением числа контейнерных модулей. Разработанная полифункциональная каталитическая система Zn‑Cu/Al₂O₃ + высококремнеземный пентасил эффективна для одностадийного получения бензиновых углеводородов из синтез‑газа с низким модулем H₂/CO. Двухсекционный реактор снимает ограничения, связанные с раздельной регенерацией катализаторов, и является ключевым элементом контейнеризированной GTL‑установки «ТЭС». Технические решения защищены патентом и могут быть рекомендованы к опытно‑промышленной реализации на удалённых нефтегазовых месторождениях Relevance. Utilization of associated petroleum gas at remote and offshore fields remains an unresolved problem due to the lack of cost-effective small-scale technologies. Associated petroleum gas flaring causes environmental damage and leads to the loss of valuable hydrocarbon feedstock. Gas-to-liquids technology enables the conversion of associated petroleum gas into synthetic liquid hydrocarbons suitable for blending with crude oil or for use as motor fuels. However, known GTL processes require complex catalytic systems and separate regeneration of components, which limits their application in field conditions. Aim. To develop a single-stage gas-to-liquid process for producing synthetic liquid hydrocarbons from synthesis gas obtained by non-catalytic oxidative conversion of associated petroleum gas using polyfunctional catalysts, and to substantiate the design of a two-section reactor that allows separating regeneration of catalytic components without stopping the main production. Methods. Seven bifunctional catalysts based on Zn, Cu and Al oxides were synthesized. The optimal Zn-Cu/Al₂O₃ sample (ZnO 25.10 wt %, CuO 64.86 wt %, Al₂O₃ 10.04 wt %) was mixed with a pentasil-group zeolite catalyst (SiO₂/Al₂O₃=47). Experiments were carried out on a laboratory flow unit with a fixed catalyst bed by varying the synthesis gas composition (H₂/CO≈0.93 and 2.03). Based on the identified technical contradiction (deactivation of the oxide catalyst during zeolite regeneration), a two-section reactor was designed to be placed in a 20-ft sea container. Strength calculations were performed. Results and conclusions. It was experimentally found that the maximum hydrocarbon yield (2.14 g/h) at a CO conversion of 29.1% is achieved with a feed having H₂/CO≈0.93, which corresponds to the composition of synthesis gas from non-catalytic partial oxidation of associated petroleum gas with air. The proposed two-section reactor allows oxidative regeneration of the zeolite-containing catalyst in one section without stopping the hydrocarbon synthesis in the other section. The reactor block is scalable from 10 to 40 million m³ of associated petroleum gas per year by simply increasing the number of container modules. The developed polyfunctional catalytic system Zn-Cu/Al₂O₃ + high-silica pentasil is effective for single-stage production of gasoline-range hydrocarbons from synthesis gas with a low H₂/CO ratio. The two-section reactor removes the limitations associated with separate catalyst regeneration and is a key element of the containerized “Heat – Electricity – Synthetic hydrocarbons” gas-to-liquid unit. The technical solutions are protected by a patent and can be recommended for pilot-industrial implementation at remote oil and gas fields Текстовый файл |
| Language: | Russian |
| Published: |
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | bulletin_tpu-2026-v337-i8-05.pdf https://doi.org/10.18799/24131830/2026/8/5696 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=688399 |