Производство водорода на объектах НГК методом пиролиза природного газа

ВВЕДЕНИЕ 4
1.ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА 6
2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПИРОЛИЗА ПРИРОДНОГО ГАЗА 16
3.КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ ТВЕРДОГО УГЛЕРОДА КАК ПОБОЧНОГО ПРОДУКТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БИРЮЗОВОГО ВОДОРОДА 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 44

Весь текст будет доступен после покупки

Водородная энергетика с каждым годом приобретает всю большую актуальность ввиду усиления тренда на декарбонизацию в промышленности, истощения легко извлекаемых запасов углеводородов и нерентабельного освоения трудно извлекаемых запасов [1].
Водород используют как реагент, восстановитель, энергоноситель, защитный газ в составе аргоно-водородной смеси при сварке. Благодаря высокой чистоте и химической активности он применим в химии, нефтепереработке, металлургии, энергетике, а также ряде других отраслей.
• Химическая промышленность. Основное направление — синтез аммиака и метанола, гидрогенизация органических соединений. С его помощью производят кислоты, спирты, другие базовые химических продукты.
• Нефтепереработка. Применяют в процессах гидроочистки и гидрокрекинга, где улучшает качество топлива, снижает содержание примесей. Водород также участвует в производстве синтетических жидких топлив.
• Металлургия. Используют для восстановления металлов из оксидов, создания защитных атмосфер при термообработке, пайке. Перспективное направление — «водородная металлургия», направленная на снижение выбросов CO?.
• Пищевая, стекольная промышленность. В пищевой отрасли водород применяют для гидрогенизации масел и создания инертных газовых сред. В стекольной — для предотвращения окисления, получения идеально прозрачного материала.
• Медицина. Сам газ используют в ингаляционных смесях и для приготовления водородно-обогащенной воды, обладающей антиоксидантными свойствами. Важно отметить и использование перекиси водорода в медицине это один из наиболее распространенных антисептиков, применяемый для дезинфекции ран, обработки инструментов, профилактики инфекций. Современные технологии позволяют получать медицинскую перекись с высокой степенью чистоты для нужд фармацевтики, лабораторной диагностики.
Многие нефтегазовые компании заявляют о строительстве установок промышленного назначения и масштаба получения водорода к 2025–2026 гг., однако к данному моменту ни одна из них не запустила вышеупомянутые проекты. Основные трудности для ввода таких установок связаны со слабой изученностью процессов, сложностью транспортировки водорода и улавливания углекислого газа. Водородная энергетика имеет ряд преимуществ: экологичность, эффективность, универсальность (подходит для множества видов транспорта) [2]. Во многих нефтегазовых компаниях получение водорода рассматривается как дополнительный метод монетизации и бизнес-возможность в условиях удорожания нефтяных кейсов и дестабилизации нефтяного рынка, что повышает спрос на новые возможности увеличения экономической эффективности проектов и добывающих активов. Однако нахождение водорода в свободном виде на Земле ограничено. Как правило, он присутствует в составе вулканических газов, в некоторых породах земной коры, на угольных и нефтегазоносных бассейнах, а также, в следовых количествах, в атмосфере [3]. В связи с этим необходимо развивать технологии его получения. В данной работе рассматривается мировой опыт добычи водорода как энергетического ресурса, а также оценивается применимость данного опыта к российским практикам на нефтегазконденсатных месторождениях, где присутствуют газообразные углеводороды в виде попутного нефтяного газа либо основного добываемого флюида. Необходимые условия месторождения: развитая инфраструктура, средняя обводненность скважин, присутствие в добываемом флюиде газа без содержания сероводорода. Подобным требованиям в Российской Федерации соответствуют месторождения Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА

Водород (лат. Hydrogenium), H, химический элемент VII группы короткой формы (1-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 1, атомная масса 1,00794; неметалл. В природе два стабильных изотопа: протий 1H (99,985 % по массе) и дейтерий D, или 2H (0,015 %). Искусственно получаемый радиоактивный тритий T, или 3H (?-распад, период полураспада T1/2 12,33 года), в природе образуется в ничтожно малых количествах в верхних слоях атмосферы в результате взаимодействия космического излучения главным образом с ядрами азота N и кислорода O.
Конфигурация электронной оболочки атома водорода 1s1; в соединениях проявляет степени окисления 1 и –1. Электроотрицательность по Полингу 2,1; радиусы (пм): атомный 46, ковалентный 30, ван-дер-ваальсов 120; энергия ионизации H0>H+ 1312,0 кДж/моль. В свободном состоянии водород образует двухатомную молекулу H2, межъядерное расстояние 76 пм, энергия диссоциации 432,1 кДж/моль (0 K). В зависимости от взаимной ориентации ядерных спинов существуют орто-водород (параллельные спины) и пара-водород (антипараллельные спины), различающиеся по магнитным, оптическим и термическим свойствам и содержащиеся обычно в соотношении 3:1; при превращении пара-водорода в орто-водород затрачивается 1418 Дж/моль энергии.
Водород – газ без цвета, вкуса и запаха; tпл –259,19 °С, tкип –252,77 °С. Водород – самый лёгкий и наиболее теплопроводный из всех газов: при 273 К плотность 0,0899 кг/м3, теплопроводность 0,1815 Вт/(м·К). Не растворяется в воде; хорошо растворяется во многих металлах (лучше всего в Pd – до 850  % по объёму); диффундирует через многие материалы (например, сталь). На воздухе горит, образует взрывоопасные смеси. Твёрдый водород кристаллизуется в гексагональной решётке; при давлении свыше 104 МПа возможен фазовый переход с образованием структуры, построенной из атомов и обладающей металлическими свойствами, – т. н. металлический водород.
Водород образует соединения со многими элементами. С кислородом образует воду (при температуре выше 550 °С реакция сопровождается взрывом), с азотом – аммиак, с галогенами – галогеноводороды, с металлами, интерметаллидами, а также со многими неметаллами (например, халькогенами) – гидриды, с углеродом – углеводороды. Практическое значение имеют реакции с оксидом углерода CO (смесь водорода и CO – синтез-газ). Водород восстанавливает оксиды и галогениды многих металлов до металлов, ненасыщенные углеводороды – до насыщенных (гидрирование). Ядро атома водорода – протон H+ – определяет кислотные свойства соединений. В водных растворах H+ образует с молекулой воды ион гидроксония H3O+. В составе молекул различных соединений водород склонен образовывать водородную связь со многими электроотрицательными элементами.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Чемакина И. С., Девлешова Н. А., Андрусенко Е. В. Получение альтернативного вида топлива на нефтегазоконденсатных месторождениях: водород. // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2023. – №1 (227). – C. 112-121.
2. Атаманов Б. Я., Хошдурдыев Х. О., Джумаев А. Р., Байрамгелдыев Т. А. Инновационный метод получения водорода и углерода из природного газа. // Инновационная наука. – 2023. – №12-2. – С. 18-22.
3. Игумнов М. А., Ким А. А. Разработка инновационных технологии коммерциализации твердого углерода как побочного продукта при производстве бирюзового водорода. // В сборнике: XII Конгресс молодых ученых. Сборник научных трудов. Санкт-Петербург. – 2023. – С. 221-224.
4. Дорохина К. В., Дейнеко С. С. Мировой опыт технологии получения водорода на базе объектов интеллектуальной собственности нефтегазового комплекса. // Управления наукой и наукометрия. – 2023. – №3. – С. 399-414.
5. Дубинин А. М., Кагарманов Г. Р., Финк А. В. Энергетическая эффективность ряда способов получения водорода. // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. – 2009. – №2 – С. 54-56.
6. Макарян И. А., Седов И. В. Оценка экономической эффективности масштабов получения водорода различными методами. // Российский химический журнал. – 2021 – №1 – С. 62-76.
7. Кодряну Н. П., Ишмурзин А. А., Дауди Д. И., Насиров И. Р., Черных С. П. Теоретическая основа и практический анализ технологий для водородной стратегии российской федерации. // Газовая промышленность. – 2022. – №1 – С. 56-70.

Весь текст будет доступен после покупки