ИНХС РАН

Синтез-газ
Природный и попутный газ
Синтез Фишера-Тропша
Синтез метанола
Синтез диметилового эфира
Метанол или диметиловый эфир
Выделение этана, пропана, бутана
Окислительная димеризация метана+алкилирование или олигомеризация
Радиационно-химическая или плазмохимическая конверсия
Производство электроэнергии
Высокооктановый бензин
Синтетическая нефть
Метанол для промыслов
Олефины
Высокооктановый бензин
Ароматические углеводороды + метан
Высокооктановый бензин
Синтез диметилового эфира
Аналог прямогонного бензина
Промышленно-освоенные процессы
Стадия ОКР
Стадия НИР
Высокооктановый бензин
Прямое окисление попутного газа
Метанол и кислородсодержащие
Очистка и выделение С>2, He
Очистка и выделение С>2, He

Новые процессы очистки и выделения С>2, He
Новые процессы получения синтез газа
Процессы получения из синтез-газа оксигенатов (метанола и диметилового эфира) на гетерогенных катализаторах. Превращение метанола и диметилового эфира в олефины (этилен, пропилен) в стационарном и кипящем слое.
Получение в зависимости от катализатора и условий процесса высокооктанового бензина или легкой синтетической нефти с низким содержанием ароматических соединений и нормальных парафинов– аналога газового конденсата.
Получение синтетических углеводородов по Фишеру-Тропшу в сларри-реакторе с применением наноразмерных катализаторов

1. Новые процессы очистки и выделения С>2, He

Газоразделительные свойства модифицированных мембран
PVTMS
Matrimid 5218

ИК-спектр пленок Matrimid 5218 модифицированных газофазным фторированием
Original film
Film modified by (5%F2/95%He)
mixture for 60 min

Проницаемости низших углеводородов через различные полимеры
поливинилтриметилсилан (ПВТМС) –
основа первой отечественной мембраны
Полидиметилсилоксан (ПДМС) –
промышленный полимер
(непрочные пленки)
политриметилсилилпропин (ПТМСП)

Проницаемость низших углеводородов через мембраны на основе поли(1-триметилсилил-1-пропина) [ПТМСП]
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
Q, л/(м2·ч·атм)
Композиционная мембрана с селективным слоем на основе ПТМСП
Проницаемость для смеси газов, моделирующих состав природного газа (1.6 мол.% н-бутан / 98.4 мол.% метан)

Природный газ: выделение СО2 при высоких давлениях
Принцип удаления СО2
Преимущества подхода:
Регенерация абсорбента без его декомпрессии
Значительное уменьшение уноса паров абсорбента при его регенерации (капельный унос отсутствует!)
Независимое управление газовым и жидкостным потоками, компактность

2. Новые процессы получения синтез газа

Парциальное окисление метана в ракетных двигателях
Принципиальная схема проточного химического реактора на базе ракетных технологий

Углекислотная конверсия метана с использованием пористых мембранно-каталитических систем
CH4 + СO2 → 2CO + 2H2 ΔH = +247 кДж/мол
Т = 600 оС
ИНХС РАН, ИОНХ РАН, ИСМАН РАН
28800 м3 синтез-газ/год

Парциальное окисление природного и попутного газа
до 600-800°С
до 600-650°С
до 0,3 МПа
до 0,3 МПа
ИНХС РАН, ИОХ РАН
Характеристика синтез-газа: СО/H2-1,9-2,1
Расходные коэффициенты, тыс.нм3/ тыс.нм3 синтез-газа

Конверсия метана в «кипящем» слое микросферических частиц оксидно-металлического контакта
Схема пилотной установки получения синтез-газа
ИНХС РАН, ИОХ РАН

Достоинства процесса
Система исключает образование взрывоопасных смесей и не требует блока получения кислорода;
Система позволяет проводить конверсию С2+ без предриформинга;
Возможно привлечение в состав сырья значительного количества двуокиси углерода;
Оборудование реакторного блока изготавливается без применения высоколегированных сталей;
Побочный продукт реакции – технический азот;
Вырабатывается пар высоких параметров.

3. Процессы получения из синтез-газа оксигенатов. Превращение метанола и диметилового эфира в бензин, аналог легкого газового конденсата, олефины (этилен, пропилен) .

Переработка природного и попутного газа через диметиловый эфир
где R=H, CH3, C2H5
Кт2, 340оС, 10 МПа
Конверсия ДМЭ 98-99%
Выход бензина 60÷75%
Бензин (Окт.ч. > 90)
CH2=CH-R + H2O
Кт3
Выход С2-С4 80÷85%
Состав:
i –парафины – 60-70%
н-парафины – 3-6%
циклич.УВ – 5-10%
аромат.УВ – 20-30%
Состав:
i –парафины – 70-80%
н-парафины – 10-15%
циклич.УВ – 5-10% аромат.УВ – 5-10%
Низкооктановый бензин

Получение бензинов на цеолитсодержащих катализаторах
Катализатор – модифицированный H-ZSM-5 (размер пор 0,56-0,58 нм)
Температура 340оС
Давление 10 МПа
Время стабильной работы катализатора не менее 600 часов
Технология-2,
Катализатор-2
Технология-1,
Катализатор-1

Производство высокооктанового бензина и аналога прямогонного бензина на молекулярных ситах из синтез-газа через метанол или ДМЭ (конверсия=95-99% мас.)

ИСПЫТАНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ПАРТИЙ КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗИНОВЫХ ФРАКЦИЙ ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА
ЧЕРЕЗ ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР (ДМЭ)
конверсия ДМЭ
∆- опытно-промышленная партия
▲- лабораторный образец
Состав синтез-газа: 34% СО, 2,7% СО2, 58% Н2, ост. N2.
10 МПа, проточно-циркуляционный режим.

Синтетические углеводороды- аналог прямогонного бензина
Производство электроэнергии из газов отдувки
Получение синтез-газа
Получение оксигенатов
(смесь ДМЭ и метанол)
Прямогонный бензин
Электроэнергия
Вода
Газы отдувки
Новые технологии
Освоенные в промышленности
Сырье
Переработка попутного газа, сжигаемого на промыслах
(=20 млрд. куб. м. в год), позволит получить дополнительно 10 млн. тонн
прямогонного бензина

Конверсия ДМЭ и метанола
SAPO-34
ЦВМ
Высокий выход
низших олефинов
Стабильность
Преимущества
Недостатки
Быстрая
дезактивация
Преимущества
Недостатки
Широкий спектр
Продуктов С1-С12

Этап II. Производство олефинов из ДМЭ
Пропилен (до 45%)
Этилен
(до 40%)
Этап I. Производство
наноструктурированного
катализатора на
основе цеолита ZSM-5
Процесс получения низших олефинов из диметилового эфира (ДМЭ) основан на использовании наноструктурированного катализатора типа ZSM-5
Природный газ
Синтез газ
Men+
Men+
Men+
диаметр входных
окон 0,5-0,7 нм
Имеется промышленный
опыт производства.

Синтез олефинов из метанола и диметилового эфира
Катализатор - цеолит ZSM-5, модифицированный
элементами II,IVи VIII групп
снижение теплового напряжения на стадии синтеза олефинов из ДМЭ
более глубокая конверсия СО/Н2 за один проход
более высокая производительность процесса, реализуемого через стадию синтеза ДМЭ из СО/Н2
получение экологически чистого дизельного топлива (ДМЭ)
340-360 оС, 1.0 МПа, время работы 100 ч.
Выход C2=-C4= 90% мас.
32-40%
40-45%
Конверсия 96-100% мас.
Преимущества технологии ИНХС РАН, ИПХФ РАН
Синтез-газ

Этап I. Производство катализатора
Процесс селективного получения низших олефинов из метанола основан на использовании нового наноструктурированного катализатора на основе металлосиликоалюмофосфатных молекулярных сит (MeSAPO)
Этап II. Производство олефинов из метанола

Схема UOP

Окислительная Конденсация Метана
прямой путь от метана к этилену:
С2Н4 + С2Н6
целевые продукты
Н2; СО; СО2; Н2О – побочные продукты
СН4 + О2
700-900°С,
катализатор
Сырье- природный газ, попутный нефтяной газ, газы деструктивной переработки нефти.
ИОНХ РАН, ИНХС РАН, РГУ НГ им.Губкина,

Сравнение показателей ОКМ на разработанных катализаторах с известными аналогами.
*/ при очень сильном разбавлении гелием.
**/ А.Г.Дедов, И.И.Моисеев, А.С.Локтев и др.,Патент РФ, 2008г.
РГУ им.Губкина, ИОНХ РАН, ИНХС РАН

Li
Na
K
Rb
Cs
2
2
2
2
2
2+
2+
РГУ НГ им.Губкина, ИОНХ РАН

4. Получение синтетических углеводородов по Фишеру-Тропшу в сларри-реакторе с применением наноразмерных катализаторов

Синтез Фишера-Тропша в присутствии наноразмерных гетерогенных катализаторов
Особенность процесса − использование катализатора с размером частиц менее 100 нм, распределенного в парафине.
Метод малоуглового рентгеновского рассеяния
Растворение

Co-Mg-кизельгур
Массивный Fe катализатор
Наноразмерный Fe катализатор
Производительность катализатора, г УВ/кг час
Результаты испытания стандартных (d=30-63 мкм) и наноразмерного катализаторов Фишера-Тропша (CO/H2=1:1)
Сларри-реактор

Влияние условий синтеза
Катализатор 100 Fe:3K2O:8Al2O3 (мас.ч)
Температура, °С 300
Давление, атм 20
Конверсия СО, % 87
Выход С5+, г/м3 117
Селективность по С5+, %С 50
Селективность по С5+(без СО2), %С 81
Производительность , гС5+/кгFe⋅ч 438
Фракционный состав С5+, масс.%
С5-С10 81
С11-С18 19
ШФ-альфа 0,63

Особенности синтеза Фишера-Тропша на наноразмерных гетерогенных катализаторах
Высокая активность и производительность.
Легкий способ приготовления катализатора.
Возможность приготовления катализатора
«на площадке».
Возможность приготовления in situ (в реакторе синтеза).
Мягкие условия восстановления (300°С).
Возможность восстановления катализатора in situ.
Высокая температура синтеза (выше 250°С).
Высокое содержание олефинов (выше 40%).