Проект реактора для синтеза наноструктурных волокон из попутного нефтяного газа

Abstract

В статье обоснована актуальность разработки Тюменским государственным университетом проекта мобильного реактора, предназначенного для утилизации попутного нефтяного газа. Показано, что в результате сжигания попутного нефтяного газа в факелах наносится непоправимый вред экологии. Но для того, чтобы переработка попутного нефтяного газа, добываемого на небольших месторождениях, была экономически выгодной, получаемые продукты должны иметь большую добавочную стоимость. Такими продуктами могут быть наноматериалы, например углеродное нановолокно. Выполнен обзор опубликованных конструкций реакторов и сформулированы критерии, которым они должны удовлетворять. Показано, что ни один из реакторов не соответствует всем необходимым условиям, поэтому был выбран вариант, наиболее близкий к решению проблемы. Приведена подходящая для реализации проекта система уравнений химической кинетики процесса переработки попутного нефтяного газа в наноструктурное волокно. Намечен план дальнейшей работы, включающий: исследование возможностей увеличения выхода целевых продуктов за счет оптимизации подбора термодинамических параметров; разработку математической модели реактора, учитывающей процессы переноса массы и тепла, а также изменение состава исходного вещества; определение оптимальных условий процесса синтеза углеродного нановолокна и разработку практических рекомендаций по достижению и поддержанию этих условий.

This article shows the relevance of designing a mobile-but-new reactor for the utilization of associated petroleum gas, as associated petroleum gas flaring causes irreparable environmental damage. Yet for the processing of associated gas extracted from small fields to be economically profitable, the resulting products must have a large added value. Such products can be nanomaterials, such as carbon nanofiber. Based on the review of published reactor designs, the satisfaction criteria are formulated. The results show no reactors satisfying all the necessary conditions, so the option closest to solving the problem was chosen. A suitable system of equations for the chemical kinetics of the processing associated petroleum gas into nanostructured fiber has been formulated. Further work has been outlined, which includes a) the study on the possibilities of increasing the yield of target products by optimizing the selection of thermodynamic properties; b) the development of a mathematical model of the reactor which considers mass and heat transfer, as well as changing the composition of the starting material; c) determining the optimal conditions of the carbon nanofiber synthesis process and developing practical recommendations for achieving and maintaining these conditions.