Выпуск:
2024. Том 10. № 3 (39)Об авторах:
Хлопотова Екатерина Андреевна, аспирант кафедры прикладной и технической физики, Школа естественных наук, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; руководитель направления, Газпромнефть НТЦ, Тюмень, Россия; katya.hlopotova@gmail.com, https://orcid.org/0009-0007-8525-1800Аннотация:
В статье обоснована актуальность разработки Тюменским государственным университетом проекта мобильного реактора, предназначенного для утилизации попутного нефтяного газа. Показано, что в результате сжигания попутного нефтяного газа в факелах наносится непоправимый вред экологии. Но для того, чтобы переработка попутного нефтяного газа, добываемого на небольших месторождениях, была экономически выгодной, получаемые продукты должны иметь большую добавочную стоимость. Такими продуктами могут быть наноматериалы, например углеродное нановолокно. Выполнен обзор опубликованных конструкций реакторов и сформулированы критерии, которым они должны удовлетворять. Показано, что ни один из реакторов не соответствует всем необходимым условиям, поэтому был выбран вариант, наиболее близкий к решению проблемы. Приведена подходящая для реализации проекта система уравнений химической кинетики процесса переработки попутного нефтяного газа в наноструктурное волокно. Намечен план дальнейшей работы, включающий: исследование возможностей увеличения выхода целевых продуктов за счет оптимизации подбора термодинамических параметров; разработку математической модели реактора, учитывающей процессы переноса массы и тепла, а также изменение состава исходного вещества; определение оптимальных условий процесса синтеза углеродного нановолокна и разработку практических рекомендаций по достижению и поддержанию этих условий.Ключевые слова:
Список литературы:
Агауров С. Ю., Гунбин И. Л. 2018. Нетрадиционная утилизация ПНГ. Переработка попутного газа в естественные компоненты нефти // Деловой журнал «Neftegaz.RU». № 4 (76). С. 44–47.
Алтунина Л. К., Сваровская Л. И., Ященко И. Г., Алексеева М. Н. 2014. Загрязнение окружающей среды при сжигании попутного нефтяного газа на территории нефтедобывающих предприятий // Химия в интересах устойчивого развития. Том 22. № 3. С. 217–222.
Андрейкина Л. В. 2005. Состав, свойства и переработка попутных газов нефтяных месторождений Западной Сибири: автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа: Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т. 21 с.
Бабаев А. А., Зобов М. Е., Теруков Е. И., Ткачев А. Г. 2019. Получение и характеризация углеродных нановолокон // Вестник Дагестанского государственного университета. Серия 1: Естественные науки. Том 34. № 1. С. 7–14. https://doi.org/10.21779/2542-0321-2019-34-1-7-14
Бичурин А. А. 2015. Утилизация попутного нефтяного газа путем закачки водогазовой смеси в пласт // Инженерная практика. № 06–07. С. 121–132.
Борщенко С. Д., Кобзева Д. Д., Кондакова В. В. 2023. Эколого-экономическое обоснование проекта по утилизации попутного нефтяного газа ПАО «Славнефть» // Экономические системы. Том 16. № 1. С. 190–201. https://doi.org/10.29030/2309-2076-2023-16-1-190-201
Васильев С. А., Ездин Б. С., Яньшоле Л. В., Пахаруков Ю. В., Каляда В. В., Шабиев Ф. К. 2023. Особенности пиролиза ацетилена в атмосфере инертных газов в реакторе циклического сжатия // Письма в Журнал технической физики. Том 49. № 4. С. 31–34. https://doi.org/10.21883/PJTF.2023.04.54524.19436
Дементьев К. И., Попов А. Ю. 2022. Переработка углеводородного сырья // Энциклопедия технологий 2.0: Химический комплекс / глав. ред. Д. О. Скобелев. М.; СПб.: Реноме. С. 139–254.
Ездин Б. С., Никифоров А. А., Зарвин А. Е., Каляда В. В., Ходаков М. Д. 2013. Использование реактора сжатия для переработки попутного нефтяного газа // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. № 1 (12). С. 207–209.
Ездин Б. С., Каляда В. В., Васильев С. А., Шабиев Ф. К., Пахаруков Ю. В., Сафаргалиев Р. Ф. 2022а. Исследование термодинамических условий для пиролиза моносилана в циклическом реакторе сжатия // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 4 (32). С. 8–20. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-4-8-20
Ездин Б. С., Васильев С. А., Яценко Д. А., Федоров В. Е., Иванова М. Н., Каляда В. В., Пахаруков Ю. В., Шабиев Ф. К., Зарвин А. Е. 2022б. Синтез углеродных наночастиц в реакторе сжатия в атмосфере буферных газов // Сибирский физический журнал. Том 17. № 3. С. 29–46. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-3-29-46
Жерлицын А. Г., Сидорова О. И., Шиян В. П., Медведев Ю. В., Галанов С. И. 2010. Получение углеродного наноматериала и водорода из природного газа под действием сверхвысокочастотного излучения // Газохимия. № 6 (16). С. 39–43. https://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-uglerodnogo-nanomateriala-i-vodoroda-iz-prirodnogo-gaza... (дата обращения: 21.02.2022).
Зарвин А. Е., Каляда В. В., Яскин А. С., Ходаков М. Д., Коробейщиков Н. Г., Художитков В. Э., Мадирбаев В. Ж., Ездин Б. С. 2016. Экспериментальная установка для плазмохимических исследований // Приборы и техника эксперимента. № 6. С. 50–56. https://doi.org/10.7868/S0032816216060136
Зозуля Г. П., Кузнецов Н. П., Ягафаров А. К. 2006. Физика нефтегазового пласта. Тюмень: ТюмГНГУ. 252 с.
Кирюшин П. А., Книжников А. Ю., Кочи К. В., Пузанова Т. А., Уваров С. А. 2013. Попутный нефтяной газ в России: «Сжигать нельзя, перерабатывать!» Аналитический доклад об экономических и экологических издержках сжигания попутного нефтяного газа в России. М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF). 88 с.
Коленчуков О. А., Петровский Э. А., Смирнов Н. А. 2021. Технология получения углеродных наноматериалов методом пиролиза // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. № 4 (148). С. 95–108. https://doi.org/10.31660/0445-0108-2021-4-95-108
Мишаков И. В., Буянов Р. А., Зайковский В. И., Стрельцов И. А., Ведягин А. А. 2008а. Каталитическое получение углеродных наноразмерных структур перистой морфологии по механизму карбидного цикла // Кинетика и катализ. Том 49. № 6. С. 916–921.
Мишаков И. В., Буянов Р. А., Чесноков В. В., Стрельцов И. А., Ведягин А. А. 2008б. Технология получения углеродных наноразмерных нитей по механизму карбидного цикла // Катализ в промышленности. № 2. С. 26–31.
Нагорнов М. П., Шейкина М. А. 2022. Попутный нефтяной газ как ценное сырье нефтедобычи // Материалы 49-й Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием, посвященной 90-летию Башкирской нефти. С. 84–88.
Ненаглядкин И. С. 2005. Математическое моделирование и оптимизация процесса получения углеродных нанотрубок (нановолокон): дис. … канд. техн. наук. М.: Рос. хим.-технол. ун-т им. Д. И. Менделеева. 174 с.
Попов А. А., Шубин Ю. В., Бауман Ю. В., Плюснин П. Е., Шарафутдинов М. Р., Мишаков И. В. 2020. Синтез и исследование катализаторов на основе пористых сплавов Co-Pt, Ni-Pt для получения углеродных наноструктурированных волокон // Перспективные технологии и материалы: материалы науч.-практ. конф. с международным участием. С. 110–113.
Пятибратов П. В., Быкадоров А. В., Жуга Е. С. 2014. Повышение эффективности закачки попутного нефтяного газа в условиях системы подготовки нефти с двухступенчатой сепарацией // Территория Нефтегаз. № 11. С. 42–46.
Скичко Е. А., Кручинин К. В., Раков Э. Г., Кольцова Э. М. 2012. Разработка программного комплекса для моделирования кинетики синтеза и структуры углеродных нанотрубок, нановолокон // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. Том 55. № 2. С. 93–97.
Хлопотова Е. А. 2022а. Извлечение наноструктурных волокон из нефтяного газа методом каталитического пиролиза // Нефть и газ — 2022: тезисы докладов 76-й Междунар. молодеж. науч. конф. С. 150–151.
Хлопотова Е. А. 2022б. Повышение эффективности разработки месторождений за счет монетизации наноструктурных материалов, извлеченных из углеводородных газов методом каталитического пиролиза // Технологии обустройства нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений: сб. тр. V науч.-техн. конф. Томск: Томский науч.-исслед. и проектный ин-т нефти и газа. С. 71–73.
Awad A., Salam A., Abdullah B. 2017. Hydrogen production by decomposition of methane and methanol mixture over Ni-Pd/Al2O3 // Journal of the Japan Institute of Energy. Vol. 96. No. 10. Pp. 445–450.
Ezdin B., Pakharukov Yu., Kalyada V., Shabiev F., Zarvin A., Yatsenko D., Safargaliev R., Ichshenko A., Volodin V. 2022. The novel method of synthesis of nanostructured materials for the enhancing recovery in oil displacement technologies // Catalysis Today. Vol. 397–399. Pp. 249–256. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2021.09.024
Ezdin B., Vasiljev S., Yatsenko D., Fedorov V., Ivanova M., Kalyada V., Pakharukov Yu., Shabiev F., Zarvin A. 2023. Synthesis of carbon nanoparticles in a compression reactor in atmosphere of buffer gases // Technical Physics. Vol. 68. No. 1. Pp. 18–26. https://doi.org/10.1134/S1063784223010024
Fidalgo B., Muradov N., Menéndez J. A. 2012. Effect of H2S on carbon-catalyzed methane decomposition and CO2 reforming reactions // International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 37. No. 19. Pp. 14187–14194. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.07.090
Kostakova E., Gregr J., Meszaros L., Chotebor M., Nagy Z. K., Pokorny P., Lukas D. 2012. Laboratory synthesis of carbon nanostructured materials using natural gas // Materials Letters. Vol. 79. Pp. 35–38. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.03.101
Malaika A., Kozłowski M. 2009. Influence of ethylene on carbon-catalysed decomposition of methane // International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 34. No. 6. Pp. 2600–2605. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.01.052
Muradov N. Z. 1998. CO2-free production of hydrogen by catalytic pyrolysis of hydrocarbon fuel // Energy & Fuels. Vol. 12. No. 1. Pp. 41–48. https://doi.org/10.1021/ef9701145
Pinilla J. L., Suelves I., Lázaro M. J., Moliner R. 2009. Influence on hydrogen production of the minor components of natural gas during its decomposition using carbonaceous catalysts // Journal of Power Sources. Vol. 192. No. 1. Pp. 100–106. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.12.074
