Разработка структурированных катализаторов парциального окисления и автотермиче-ской конверсии природного газа и попутного нефтяного газа для синтеза метанола и по-лучения водорода

Метанол является одним из важнейших крупнотоннажных продуктов органиче-ского синтеза, который получают путем переработки синтез-газа при повышенных тем-пературах (200-450 oC) и давлении (до 300 атмосфер) в присутствии катализаторов. Ме-танол широко применяется в промышленности и используется в производстве различных товаров. Одно из применений метанола - ингибитора гидратообразования в газовой про-мышленности. Ключевым источником сырья для производства метанола является при-родный газ (ПГ), из которого синтез-газ можно получать рядом химических процессов: паровая и углекислотная конверсии, парциальное окисление, автотермический рифор-минг, которые проводят в специальных устройствах – риформерах в присутствие катали-заторов. Так же, в качестве источника синтез-газа может выступать и попутный нефтяной газ (ПНГ). Паровая и углекислотная конверсии являются эндотермическими, и поэтому для поддержания процесса необходимо подводить тепло в реактор. Практический интерес представляет экзотермический процесс парциального окисления и термонейтральный процесс автотермической конверсии ПГ и ПНГ в синтез-газ с последующим его превра-щением в ценные химические продукты – метанол или водород. Преимуществом парци-ального окисления является отсутствие необходимости подводить, испарять и перегре-вать воду, и нет необходимости подводить тепло в реактор. Однако в следствие интен-сивного выделения тепла во фронтальном слое и снижения температуры по ходу реакто-ра, возникает необходимость перераспределения тепла по длине слоя катализатора. Ана-логичные процессы в лобовом слое катализатора протекают и в случае автотермического риформинга. Таким образом возникает проблема, связанная с тем, что для каждой реак-ции необходимо контролировать тепло- и массоперенос. Для этого хорошо подходят теп-лопроводящие подложки – материалы на основе металлических сплавов, таких как фехраль, нихром, нифехраль и т.д. Актуальность проекта заключается в разработке структурированных катализаторов на теплопроводящей подложке из фехралевого сплава и способов получения водородсо-держащего газа из ПГ и ПНГ под давлением для дальнейшего синтеза метанола и получе-ния водорода. Проведение реакции под давлением необходимо так как последующие ста-дии переработки синтез-газа в метанол или его очистки в производстве водорода проте-кают под давлением. Иначе на следующих стадиях необходимо использовать компрессор и охлаждать газ. Поэтому предлагается совместить по давлению стадии получения син-тез-газа и его дальнейшей переработки для снижения стоимости оборудования и затрат на его эксплуатацию при работе под давлением до 50 атмосфер. Предлагаемые подходы для переработки природного газа и попутного нефтяного газа можно отнести к перспектив-ным и развивающимся технологиям газожидкостной конверсии (GTL-технологии). Стоит отметить, что переработка ПНГ до не давних пор представляла собой утилизацию пре-имущественно путем факельного сгорания, что приводило к существенным потерям цен-ного углеводородного сырья. Предлагаемые для проведения реакций парциального окисления и автотермиче-ской конверсии природного газа и попутного нефтяного газа катализаторы представляют собой сложный композитный материал со многоуровневой структурой “структурирован-ная металлическая подложка-структурный оксидный компонент-активный оксид-наночастицы металлов или сплавов”, который совмещает в себе функции теплообменни-ка, распределителя потока и катализатора. Оригинальным и инновационным является подход к разработке катализатора, сов-мещающий анализ данных о структуре активных центров катализаторов, технологиче-ских особенностях проведения процесса и развитии методов получения синтез-газа с за-данными характеристиками. Таким образом, решаемые в рамках проекта задачи, связанны с получением водо-родсодержащего газа из природного газа и попутного нефтяного газа, являются актуаль-ными в областях рационального использование природных ресурсов и оптимизации про-изводства метанола и водорода.