Россия является крупнейшей газодобывающей страной с наибольшими запасами природного газа и одним из лидирующих регионов мира по объёму сжигаемого попутного нефтяного газа (ПНГ). Объём разведанных запасов российского природного газа составляет более 30% от мировых запасов. Объём ежегодно сжигаемого попутного газа, по разным оценкам, составляет от 15 до 30 млрд. кубических метров. Для утилизации ПНГ в ближайшие годы необходимо построить 89 компрессорных станций. Объём инвестиций на их строительство составит 52,6 млрд. рублей. При этом необходима прокладка трубопроводов протяжённостью более 3000 км. Затраты на строительство трубопроводов могут составить 170,6 млрд. рублей.
В ООО «Объединённый центр исследований и разработок» (ОАО «НК «Роснефть») разработана и реализована технология RN-GTL, позволяющая осуществлять квалифицированную переработку природного и попутного нефтяного газов в смесь синтетических углеводородов. Современный процесс GTL – это двух- или трёхстадийная технология химического преобразования углеводородного газа в синтетические углеводороды, использующая каталитические реакции.
Вначале природный газ превращают в более реакционноспособную смесь оксида углерода и водорода (синтез-газ).
Синтез-газ сам по себе является ценнейшим полупродуктом органического синтеза. Из него получают чистый водород и углекислый газ, используют в производстве аммиака, метанола, уксусной кислоты и так далее.
Для получения синтез-газа применяется в основном паровая или автотермическая конверсия, реже парциальное окисление. Первая стадия – стадия переработки природного газа в синтез-газ во всех производствах, работающих по технологии GTL, является наиболее капиталоёмкой. На её долю приходится 60–70% из общих затрат, и любые усовершенствования в этой области делают весь процесс более экономичным. Вторая стадия – синтез углеводородов из смеси оксида углерода и водорода («синтез Фишера-Тропша») определяет количество и состав получаемых углеводородов, а также необходимость и способ дальнейшей переработки. Капитальные затраты на этой стадии составляют 20–25% от стоимости всего производства. Экономичность этой стадии во многом зависит от используемого катализатора. На третьей стадии осуществляется облагораживание смеси синтетических углеводородов. Углеводородные продукты доводят до товарного качества, используя гидрокрекинг или гидроизомеризацию. Капитальные затраты на эту стадию составляют 5–15%.
Наиболее перспективными с точки зрения себестоимости и экологичности являются технологии GTL, основанные на использовании высокоэффективных катализаторов синтеза Фишера-Тропша. Для получения синтез-газа в таких случаях применяют процесс пароуглекислотной конверсии. Такой процесс позволяет в одну стадию, без последующей глубокой переработки, получать углеводородные продукты заданного состава. Фракционный состав получаемой синтетической нефти варьируется в широких пределах. По таким технологиям можно получать широкий ассортимент высококачественных топлив и масел для летательных аппаратов и автомобильных двигателей.
Утилизация природного и/или попутного нефтяного газов по технологии RN-GTL, реализуемой в рамках проекта, возможна на месторождениях нефтегазодобывающих компаний стран СНГ. В ряде нефтедобывающих стран, где вопрос об утилизации ПНГ был поставлен в середине прошлого века, прежде всего в США, Канаде, Норвегии и других, создана индустрия по использованию ПНГ, и степень его утилизации превышает 95%. В России в качестве методов утилизации применяют в основном переработку на ГПЗ (около 60% добываемого газа) и использование на нужды промыслов (около 15%) при суммарном уровне утилизации не более 80%. При возрастающем росте добычи ПНГ возможность его переработки на ГПЗ (основной метод утилизации ПНГ в России) ограничена мощностью и потребностями производства. В использовании технологии RN-GTL могут быть заинтересованы крупнейшие нефтегазовые компании России, владеющие месторождениями природного и попутного газа в Западной и Восточной Сибири, и международные нефтегазовые компании, работающие в странах ближнего и дальнего зарубежья, с целью наиболее эффективной монетизации ресурсов газообразных углеводородов.
Ввод в эксплуатацию GTL-установки будет способствовать монетизации газовой программы компании. GTL – это технологический прорыв, позволяющий решать экологические вопросы, в том числе проблему утилизации попутного нефтяного газа, и производить при этом моторные топлива с уникальными качествами в удалённых местах добычи нефти, получая дополнительную прибыль.
Технология GTL повысит технологический уровень отечественной газоперерабатывающей промышленности и увеличит долю производства высокотехнологической продукции в ВВП.
Качественная синтетическая нефть, производимая по технологии GTL, может претендовать на более высокую стоимость относительно стоимости сорта Brent примерно на 30%. Она также характеризуется экологической чистотой и превосходит по своим характеристикам основные марки минеральных нефтей.
Учёные РН-ЦИР разрабатывают технологии GTL, аккумулируя лучший мировой опыт и собственные уникальные наработки. Монетизация большого количества попутного газа, который сгорает на факелах, а также для утилизации низконапорного и природного газа небольших месторождений внесёт свой вклад в социально-экономическое развитие регионов Сибири и Дальнего Востока. Увеличение доли добавленной стоимости продукции, возможность диверсификации экспорта, перспектива завоевания новых сегментов рынка и увеличение поступлений в бюджет скажутся на экономике страны положительным образом.
СКЭПТ – синтетические каучуки будущего
Макромолекула полиэтилена
Впервые каучук был обнаружен в Эквадоре в XVIII веке. На сегодняшний день 60% натурального каучука идёт на производство шин. Настоящей научно-технической революцией стало изобретение синтетических каучуков. Первым синтетическим каучуком, имевшим промышленное значение, был полибутадиеновый (дивиниловый) каучук, производившийся синтезом по методу С.В. Лебедева (анионная полимеризация жидкого бутадиена в присутствии натрия), однако из-за невысоких механических качеств применялся ограниченно. В Германии бутадиен-натриевый каучук нашёл довольно широкое применение под названием "Буна".
Катализаторы для синтеза каучуков
Синтез каучуков стал значительно дешевле с изобретением катализаторов Циглера-Натта.
Катализаторы на основе титана были открыты и запатентованы осенью 1953 года группой немецких химиков под руководством Карла Циглера, при этом заявлялась способность синтезировать высокомолекулярный полиэтилен. Первое время найденные соединения назывались смешанными мюльхаймскими катализаторами по месту расположения лаборатории (Мюльхайм-на-Руре), однако вскоре за ними закрепилось название катализаторов Циглера.
Для синтеза упорядоченных полимеров, в первую очередь альфа-олефинов, катализаторы были использованы итальянцем Джулио Наттой, дружившим и сотрудничавшим с Циглером с 1940-х годов и убедившего компанию Montecatini, где Натта работал консультантом, выкупить права на использование результатов Циглера.
За эти достижения Циглеру и Натте в 1963 году была присуждена Нобелевская премия по химии.
Полученный Циглером полиэтилен низкого давления был чересчур «жёстким» и неудобным для переработки. Температура его размягчения и плотность оказались значительно выше, чем у широко известного в то время полиэтилена высокого давления, созданного английскими химиками перед Второй мировой войной.
Натта решил применить циглеровский катализатор к пропилену. Первые эксперименты с триалкилалюминием и тетрахлоридом титана (катализатор Циглера) в качестве продуктов давали смесь полипропиленов с аморфными и кристаллическими фракциями. Тогда, несколько модифицировав катализатор (вместо ТiCl4 был использован ТiCl3), Натта получил новый класс синтетических высокомолекулярных соединений – стереорегулярные полимеры.
Немного школьной химии
Напомним, что полимерами называются высокомолекулярные вещества, состоящие из больших молекул цепного строения (от греч. «поли» – много, «мерос» – часть).
Например, полиэтилен, получаемый при полимеризации этилена CH2=CH, имеет такое строение:
...-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-... или (-CH2-CH2-)n
Молекула полимера называется макромолекулой (от греч. «макрос» – большой, длинный).
Молекулярная масса макромолекул достигает десятков сотен тысяч (и даже миллионов) атомных единиц.
Химическое строение макромолекул, от которого в первую очередь зависят свойства материала, – это порядок соединения структурных звеньев в цепи.
