Электрические сети энергосистем Турбины тепловых и атомных электростанций Развитие атомной энергетики Анализ мирового энергетического рынка Воздействие радиации на человека Машиностроение для энергетики

Наноматериалы и нанотехнологии в современной нефтегазохимической индустрии

Россия является крупнейшим игроком на мировом рынке энергоносителей. Благоприятная рыночная конъюнктура последних лет способствует внедрению системных инноваций в этой сфере — от добычи и транспортировки углеводородного сырья до переработки и создания новых материалов.

В настоящее время глубина переработки нефти на предприятиях России составляет в среднем 70%. Однако значительная доля (свыше 20%) ежегодно добываемых попутных газов не находит квалифицированной переработки и сгорает в промысловых факелах, что, по оценке экспертов, приводит к потере порядка 2 миллиардов долларов в год и связано с разрушительным воздействием на экологию. Образно говоря, потери этого сырья эквивалентны в денежном выражении затратам на ежегодное строительство 500 тысяч новых квартир, т.е. каждую минуту «сгорает» одна квартира.

Внедрение новых технологий требует согласованных усилий государства, частного бизнеса и науки. И примеры таких партнерских отношений есть. Это уже накопившийся положительный опыт поддержки разработки и освоения новых технологий через систему долевого финансирования важнейших инновационных проектов со стороны государства и компаний.

Одно из новых направлений в технологии осуществления химических превращений — мембранно-каталитические методы переработки попутных нефтяных газов в высокоценные химические продукты.

Имеющийся отечественный научно-технологический потенциал должен быть использован для создания принципиально новых, гибких (например, мембранно-каталитических) процессов, поддающихся легкому масштабированию для интенсификации переработки углеводородного сырья (в первую очередь — попутных нефтяных газов), расширения сырьевой базы для производства моторных топлив и основных продуктов промышленности тяжелого органического синтеза, повышения селективности, снижения затрат энергии на производство единицы продукции, обеспечивающих прорыв в важнейших направлениях технологий переработки нефти и природного газа.

Примером может служить создание наномембранно-каталитических реакторов, являющихся базовым, легко встраиваемым элементом в комплексные технологические процессы нефтегазового комплекса для получения широкого класса высокотехнологичной продукции, например, олефинов (этилен, пропилен, бутилены) и ароматических углеводородов (бензол, толуол и др.).

Таким образом, стратегически необходимо сосредоточиться на новых высокоскоростных и избирательных технологиях переработки органического сырья, элементы которых уже созданы российскими специалистами.

К настоящему времени в России выполнен значительный объем научных разработок и на базе Ассоциации «АСПЕКТ» создано опытно-промышленное производство отечественного высокотехнологичного продукта — металлокерамических пластичных нанопористых материалов (торговая марка TrumemÒ).

Одновременно с этим учеными Института нефтехимического синтеза (ИНХС РАН) обнаружен эффект асимметрии селективности реакций в наномембранно-каталитических структурах на основе мембран TrumemÒ и способность наноразмерных каналов изменять селективность процессов окисления протекающих по ним углеводородов. В комбинации с достижениями в производстве нанопористых структур это обеспечивает прорыв в промышленной реализации задач высокоэффективного синтеза ценных органических продуктов. Иными словами, наномембранно-каталитические структуры позволяют одновременно осуществить скоростные селективные реакции (со скоростью и селективностью на порядки выше, чем в обычных условиях) за счет каталитической компоненты и размерных эффектов в нанокапиллярах, и обеспечить эффективное разделение и очистку получаемых продуктов при низком энергопотреблении за счет мембранной компоненты. При этом каждая пора наномембранно-каталитической структуры выполняет роль микрореактора, в котором осуществляется единый цикл химических превращений и разделения продуктов реакций. В этом состоит принципиально новый подход к решению задач крупнотоннажной промышленной химии, который позволяет легко масштабировать наномембранно-каталитические процессы для интенсификации и существенного снижения затрат в процессах переработки органического сырья.

В качестве первого шага на этом стратегическом направлении по инициативе Правительства России (Госзаказчик — Федеральное агентство по науке и инновациям) в рамках формирования государственно-частного партнерства обеспечена разработка отечественной технологии переработки факельных попутных газов в ценную товарную продукцию — ароматические углеводороды. В течение 2005–2006 годов за счет бюджетных средств (более 300 миллионов рублей) и частных инвестиций (около 300 миллионов рублей) разработаны и поставлены на производство (ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» концерна «ТВЭЛ» Росатома) новые катализаторы для этого процесса; создана пилотная установка (ОАО «НИПИГазпереработка» в Краснодаре, компания «Сибур») мощностью 500 тыс. м3 газа/год (1000 тн/год).

В качестве основных исполнителей проекта были привлечены: Ассоциация предприятий атомной промышленности «АСПЕКТ» (управляющая компания); институты РАН (Институт проблем химической физики РАН, Институт катализа СО РАН), обеспечившие решение фундаментальных проблем осуществления химических и каталитических процессов превращения попутных газов; отраслевые организации (ГНЦ «Курчатовский институт», ОАО «ВНИПИНефть», ЗАО «ВНИИОС НК», ОАО «НИПИГазпереработка»), обеспечившие технологические испытания созданных процессов и их проектно-конструкторскую разработку; вузы (Московская государственная академия тонкой химической технологии, Московский институт стали и сплавов), которые ведут подготовку специалистов для промышленности по производству катализаторов и применению создаваемых процессов, и, наконец, промышленные предприятия, осуществившие освоение производства создаваемых катализаторов и практическую реализацию промышленных процессов (ОАО «Новосибирский завод химконцентратов», ЗАО «Самарский завод катализаторов») и процессов переработки попутных газов (ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг»).

Новая технология глубокой переработки попутных нефтяных газов в ароматические углеводороды обеспечит в период до 2009 года вклад в приращение ВВП 2,1 миллиарда рублей. При этом выбросы СО2 в атмосферу сокращаются в 3,5 раза, что будет способствовать выполнению Россией требований Киотского протокола.

Разработанная технология обеспечивает превращение предельных углеводородов (пропана, бутанов) в ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы) — процесс ароматизации. Это чрезвычайно актуально, поскольку в ближайшие годы в России прогнозируется значительный рост производства продуктов, исходным сырьем для которых является бензол. Основными сферами применения бензола в мире являются: производство стирола, капролактама, этилбензола, фенола, кумола, циклогексана и малеинового ангидрида. Среднегодовой прирост производства стирола и сополимеров стирола составит 10,4%, капролактама — 5,8%, фенола — 9,9%. В связи с этим ожидается увеличение спроса на бензол. Толуол используется в нефтеперерабатывающей промышленности при производстве смазочных масел и присадок, в качестве растворителя в производстве лаков и красок, синтетических каучуков, а также в оборонной промышленности. Ожидается, что объем потребления толуола в экономике России возрастет в период 2006–2010 годов примерно в полтора раза. Основной областью использования ксилола является изготовление полиэфирных волокон и нитей. Другая перспективная область использования ксилола — производство гранулированного ПЭТФ, из которого изготовляются пластиковая упаковка для пищевых продуктов, косметических и фармацевтических средств, видео- и аудиопленок и других изделий. Прогнозируется увеличение спроса на ксилол в России в период с 2006 по 2015 годы примерно в 2,6 раза.

Следовательно, в результате реализации проекта разработанная технология позволит получить смесь ароматических углеводородов, потребность в которой будет возрастать в ближайшие 10 лет. Реализация проекта позволит удовлетворить растущую потребность экономики России в ароматических соединениях.

Разработанная технология получила полную поддержку на организованном правительством Татарстана совещании руководителей нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих компаний.

Технология прошла международную экспертизу и к ней проявлен интерес со стороны ведущих инжиниринговых компаний. В частности, компания Linde (Германия) рассматривает данную технологию как основу для своего участия в переработке попутных газов в России, включая поставку оборудования и сдачу установки «под ключ».

Ведущие развитые страны (США, Япония, Германия, Англия, Франция), на государственном уровне, и крупнейшие мировые компании по добыче и переработке нефти и газа (Шелл, Бритиш Петролеум, Шеврон, Мобайл и др.), на частном уровне, осуществляют многомиллиардные инвестиции в разработку новых эффективных и энергосберегающих технологий переработки нефти и газа. Несмотря на столь высокий конкурентный уровень развития этих технологий, Россия имеет сегодня уникальный шанс вырваться вперед за счет активного использования своих прорывных разработок, в частности, в области производства нанопористых материалов и новых открытий в области протекания каталитических процессов в нанопористых структурах.


На главную