Разработка структурированных катализаторов парциального окисления и автотермической конверсии природного газа и попутного нефтяного газа для синтеза метанола и получения водорода

Метанол является одним из важнейших крупнотоннажных продуктов органического синтеза, который получают путем переработки синтез-газа при повышенных температурах (200-450 oC) и давлении (до 300 атмосфер) в присутствии катализаторов. Метанол широко применяется в промышленности и используется в производстве различных товаров. Одно из применений метанола - ингибитора гидратообразования в газовой промышленности. Ключевым источником сырья для производства метанола является природный газ (ПГ), из которого синтез-газ можно получать рядом химических процессов: паровая и углекислотная конверсии, парциальное окисление, автотермический риформинг, которые проводят в специальных устройствах – риформерах в присутствие катализаторов. 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 превращением в ценные химические продукты – метанол или водород. Преимуществом парциального окисления является отсутствие необходимости подводить, испарять и перегревать воду, и нет необходимости подводить тепло в реактор. Однако в следствие интенсивного выделения тепла во фронтальном слое и снижения температуры по ходу реактора, возникает необходимость перераспределения тепла по длине слоя катализатора. Аналогичные процессы в лобовом слое катализатора протекают и в случае автотермического риформинга. Таким образом возникает проблема, связанная с тем, что для каждой реакции необходимо контролировать тепло- и массоперенос. Для этого хорошо подходят теплопроводящие 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 водородсодержащего газа из ПГ и ПНГ под давлением для дальнейшего синтеза метанола и получения водорода. Проведение реакции под давлением необходимо так как последующие стадии переработки синтез-газа в метанол или его очистки в производстве водорода протекают под давлением. Иначе на следующих стадиях необходимо использовать компрессор и охлаждать газ. Поэтому предлагается совместить по давлению стадии получения синтез-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 перспективным и развивающимся технологиям газожидкостной конверсии (GTL-технологии). Стоит отметить, что переработка ПНГ до не давних пор представляла собой утилизацию преимущественно путем факельного сгорания, что приводило к существенным потерям ценного углеводородного сырья. Предлагаемые для проведения реакций парциального окисления и автотермической конверсии природного газа и попутного нефтяного газа катализаторы представляют собой сложный композитный материал со многоуровневой структурой “структурированная металлическая подложка-структурный оксидный компонент-активный оксид-наночастицы металлов или сплавов”, который совмещает в себе функции теплообменника, распределителя потока и катализатора. Оригинальным и инновационным является подход к разработке катализатора, совмещающий анализ данных о структуре активных центров катализаторов, технологических особенностях проведения процесса и развитии методов получения синтез-газа с заданными характеристиками. Таким образом, решаемые в рамках проекта задачи, связанны с получением водородсодержащего газа из природного газа и попутного нефтяного газа, являются актуальными в областях рационального использование природных ресурсов и оптимизации производства метанола и водорода.