Разработка и многоуровневая оптимизация структурированного микроволокнистого катализатора с повышенной теплопроводностью и теоретических основ процесса конверсии газового конденсата на его основе

Повышение эффективности переработки углеводородов — важная задача для расширения использования ресурсов России в условиях сложных технологий и ухудшающейся экономики добычи. Темпы роста потребления продуктов переработки опережают спрос на сырье, что может отставить Россию от ведущих стран на рынке. Важно совершенствовать существующие технологии и разрабатывать инновационные подходы для максимального использования сырья, что повысит конкурентоспособность российской продукции и обеспечит устойчивое развитие отрасли. Газовый конденсат, являющийся традиционным побочным продуктом в процессе добычи углеводородов у газо- и нефтедобывающих компаний, представляет значительную ценность для расширения ассортимента продукции и повышения её добавленной стоимости. Благодаря своим уникальным химическим свойствам, он становится ключевым сырьем в производственных цепочках, что способствует увеличению экономической эффективности и конкурентоспособности предприятий. Интеграция передовых технологий переработки позволяет максимально раскрыть потенциал газового конденсата, обеспечивая устойчивое развитие и инновационное обновление нефтехимической отрасли. Он используется для производства бензинов, реактивных и дизельных топлив, а также служит основой для комплексной нефтехимической переработки. Это позволяет получать высокооктановые компоненты, растворители, ароматические углеводороды, спирты, различные ингибиторы, а также синтетические волокна и пластмассы. Транспортировка газового конденсата с удалённых месторождений нерентабельна из-за высоких затрат на инфраструктуру, что ведет к низкой переработке, экологическим проблемам и снижению производства ценных продуктов. Газовый конденсат часто сжигался или смешивался с нефтью. Для решения этих вопрос в рамках реализации Проекта 2022 были проведены синтез, исследование и разработка новых конструкций каталитических картриджей на основе структурированных микроволокнистых катализаторов, отличающихся высокой проницаемостью и низким гидравлическим сопротивлением, для оценки их активности в процессе гидрогенолиза углеводородных компонентов газового конденсата. Согласно полученным данным, применение Ni-содержащих микроструктурированных катализаторов повысило эффективность переработки и способствует разработке более экономически эффективных технологий в нефтегазовой отрасли, а моделирование цилиндрического промышленного адиабатического реактора на основе структурированных катализаторов в двумерной осесимметричной геометрии показало, что конструкция каталитического реактора с тремя каналами обеспечивает на 10-12% более высокую конверсию и на 15-20 К более высокую температуру. Так, например, полная конверсия пропана в трехходовом реакторе достигается при ~300 °C, тогда как в одноходовом реакторе она вообще не наблюдается даже при 400 °C, но при достаточно высоких скоростях газовой смеси эффективность многоходовой конструкции близка к эффективности одноходового реактора идеального вытеснения. Некоторые аспекты применения структурированных микроволокнистых катализаторов требуют дальнейших исследований для создания каталитических картриджей, что откроет новые возможности для повышения энергоэффективности гидрогенолиза газового конденсата. Особое внимание нужно уделить инженерным вопросам, таким как интенсификация тепло- и массообмена, управление тепловыми режимами, поскольку именно они ограничивают эффективность процесса. Для этого необходимо проведение систематических исследований для разработки различных конструкций реакторов на основе микроструктурированных картриджей, включающее гидродинамическое компьютерное моделирование тепловых и реакционных процессов в таких реакторах при использовании ПО ANSYS FLUENT/CFX, конструирование и механический анализ реакторов в среде Solid Works, анализ различных технологических схем процессов конверсии компонентов газового конденсата.