Сотрудники ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» при поддержке Российского научного фонда разработали родиевый катализатор для процесса низкотемпературной паровой конверсии попутного нефтяного газа. Статья об этом опубликована в высокорейтинговом журнале Chemical Engineering Journal.
Катализатор, содержащий один весовой процент родия, нанесенного на смешанный оксид церия-циркония, обладает высокой активностью и устойчивостью к зауглероживанию — это его важное преимущество перед катализаторами на основе неблагородных металлов.
«В России существует проблема, связанная с недостаточной утилизацией попутного нефтяного газа (ПНГ), — рассказывает руководитель проекта, научный сотрудник ФИЦ ИК СО РАН кандидат химических наук Сергей Игоревич Усков. — Со временем состав ПНГ может меняться, кроме этого, он обладает чрезмерно высокой теплотой сгорания и низкой детонационной стойкостью. Это накладывает ограничения на условия его утилизации. Процесс низкотемпературной паровой конверсии, который был ранее разработан и запатентован в нашем институте, предлагается проводить на неблагородных никелевых катализаторах. Однако родий может рассматриваться в качестве альтернативы никелю за счет своей более высокой активности и стабильности. Другим преимуществом родиевых катализаторов является то, что их можно использовать без предварительной обработки в восстановительной среде».
Авторы статьи обнаружили, что в ходе реакции за счет взаимодействия пропана с водородом образуется смесь этана и метана: это позволяет получать из ПНГ газовые смеси с умеренной теплотой сгорания и высокой детонационной стойкостью. Получаемый газ можно эффективно использовать в качестве топлива для получения электроэнергии, которую затем можно применять для нужд нефтепромысла или поставлять в магистральную сеть.
Исследование показало, что родиевый катализатор проявляет высокую активность в течение длительного времени, не зауглероживается и позволяет получать топливный газ с необходимыми характеристиками в диапазоне низких температур (300—400 °С). Одна из ключевых особенностей родиевых катализаторов — генерирование этана в небольших количествах (до 5 об. %), которого достаточно для регулирования топливных характеристик получаемого газа. Кроме того, ученые установили, что присутствие паров воды в реакционной смеси усиливает эффект накопления этана при более высоких температурах. Исследователи связывают это с тем, что реакция превращения этана в метан подавляется в присутствии паров воды.
«С фундаментальной точки зрения нам интересна сама возможность селективного получения этана из пропана. Поэтому мы намерены разобраться, как протекает реакция и каким образом можно управлять этим процессом. На этом и будет сфокусирована дальнейшая работа по проекту», — комментирует Сергей Усков.
Работа по проекту РНФ будет завершена в 2023 году. Полученные в ходе работы результаты в перспективе могут использоваться в технологии эффективной утилизации попутных нефтяных газов, что существенно приблизит переход к экологически чистой энергетике в России.
Пресс-служба ФИЦ ИК СО РАН
