«В России существует проблема, связанная с недостаточной утилизацией попутного нефтяного газа (ПНГ), — рассказывает руководитель проекта, научный сотрудник Института катализа СО РАН, кандидат химических наук Сергей Усков. — Состав ПНГ может меняться со временем, а кроме этого, ПНГ 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 Институте катализа СО РАН, 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, что 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.

Схема получения этана из пропана на родиевом катализаторе

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.

Первый автор статьи — Артём Урлуков, инженер Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН. Недавно исследователь успешно завершил своё обучение по программе специалитета ФЕН НГУ с красным дипломом.

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.