tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-4-95-108tumnig-955Research ArticleОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИORGANIZATION OF PRODUCTION AND ENSURING THE SAFETY AND ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS OF PRODUCTION PROCESSES IN THE OIL AND GAS INDUSTRYТехнология получения углеродных наноматериалов методом пиролизаTechnology for the production of carbon nanomaterials by pyrolysisКоленчуковО. А.KolenchukovO. A.

Коленчуков Олег Александрович - аспирант кафедры технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса.

Красноярск

Oleg A. Kolenchukov, Postgraduate at the Department of Technological Machines and Equipment of the Oil and Gas Complex.

Krasnoyarsk

ПетровскийЭ. А.PetrovskyE. A.

Петровский Эдуард Аркадьевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования нефтегазового комплекса.

Красноярск

Eduard A Petrovsky, Doctor of Engineering, Professor, Head of the Department of Technological Machines and Equipment of the Oil and Gas Complex.

Krasnoyarsk

СмирновН. А.SmirnovN. A.

Смирнов Николай Анатольевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической механики.

Красноярск

Nikolay A. Smirnov, Doctor of Engineering, Professor, Head of the Department of Technical Mechanics.

Krasnoyarsk

Сибирский федеральный университетРоссияSiberian Federal UniversityRussian FederationСибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. РешетневаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and TechnologyRussian Federation2021090920210495108Copyright © Коленчуков О.А., Петровский Э.А., Смирнов Н.А., 20212021Коленчуков О.А., Петровский Э.А., Смирнов Н.А.Kolenchukov O.A., Petrovsky E.A., Smirnov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/955

Процессы добычи и подготовки нефти сопряжены с образованием смеси различных углеводородных газов, иначе называемых попутным нефтяным газом (ПНГ). Сегодня большая часть получаемого ПНГ сжигается, нанося ущерб окружающей природной среде, либо используется в качестве энергообеспечения технологического оборудования. В то же время ПНГ можно использовать в качестве ценного сырья с целью получения различных химических веществ. В статье рассмотрены существующие на сегодняшний день методы утилизации ПНГ, предложен относительно простой и экологичный пиролизный метод. Проведен сравнительный анализ способов перемешивания сырья, в результате которого выявлено, что наиболее рациональными считаются механический и вибрационный способы. Представлена экспериментальная установка переработки нефтяного попутного газа методом пиролиза. Приведены результаты экспериментальных исследований получения углеродных волокнистых наноматериалов и водорода. В качестве исходного сырья использовался газ (CH4), полученный путем утилизации углеводородсодержащих отходов (нефтешламов). Средний выход целевых продуктов составил 81 л/ч — для водорода и 325,5 г/ч — для нановолокнистого углерода.

The processes of oil production and preparation involve the formation of a mixture of various hydrocarbon gases, otherwise called associated petroleum gas. Today most of associated petroleum gas produced is burned, causing damage to the natural environment, or used as an energy supply for technological equipment. At the same time, associated petroleum gas can be used as a valuable raw material to produce various chemicals. In the article, the existing methods of APG utilization are considered, and the relatively simplest and most environmentally friendly pyrolysis method is proposed. A comparative analysis of the methods of mixing raw materials was carried out, as a result of which it was revealed that the mechanical and vibration methods are considered the most rational. An experimental installation for processing petroleum associated gas by pyrolysis is presented. The results of experimental studies of the production of carbon fiber nanomaterials and hydrogen are presented. Gas (CH4) obtained by utilization of hydrocarbon-containing waste (oil sludge) was used as a feedstock. The average yield of the target products was 81 l/h for hydrogen and 325.5 g/h for nanofiber carbon.

пиролизуглеродный наноматериалводородпопутный нефтяной газутилизация попутного нефтяного газатехнологическая реакторная линияинтенсификация теплообменаpyrolysiscarbon nanomaterialhydrogenassociated petroleum gasassociated petroleum gas utilizationtechnological reactor lineheat transfer intensificationДанное исследование было частично профинансировано Стипендией Президента Российской Федерации для молодых ученых и аспирантовReferencesБаскаев, К. Чемодан без ручки / К. Баскаев. - Текст : непосредственный // Нефть России. - 2011. - № 1. - С. 56-59.Baskaev, K. (2011). Chemodan bez ruchki. Neff Rossii, (1), pp. 56-59. (In Russian).Агауров, С. Ю. Нетрадиционная утилизация ПНГ. Переработка попутного газа в естественные компоненты нефти / С. Ю. Агауров, Ю. Л. Гунбин. - Текст : электронный // Деловой журнал «Neftegaz. ru». - 2018. - № 4. - URL: https://magazine.neftegaz.ru/articles/pererabotka/521880-netraditsionnaya-utilizatsiya-png-pererabotka-poputnogo-gaza-v-estestvennye-komponenty-nefti/.Agaurov, S. Yu. (2018). Netraditsionnaya utilizatsiya PNG. Pererabotka poputnogo gaza v estestvennye komponenty nefti. Delovoy zhurnal “Neftegaz. ru”, (4). (In Russian). Available at: https://neftegaz.ru/tech-library/energoresursy-toplivo/141459-poputnyy-neftyanoy-gaz-png/Vorobev, A. Associated Petroleum Gas Flaring: The Problem and Possible Solution / A. Vorobev, E. Shchesnyak. - DOI 10.1007/978-3-030-22974-0_55. Direct text // 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM2019). - 2019. - P. 227-230.Vorobev, A., & Shchesnyak, E. (2019). Associated Petroleum Gas Flaring: The Problem and Possible Solution. 14th International Congress for Applied Mineralogy (ICAM2019). Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences, pp. 227-230. (In English). DOI: 10.1007/978-3-030-22974-055New Potentialities for Utilization of Associated Petroleum Gases in Power Generation and Chemicals Production / V. S. Arutyunov, V. I. Savchenko, I. Sedov [et al.]. -DOI 10.18321/ectj662. Direct text // Eurasian Chemico-Technological Journal. - 2017. - Issue 19(3). - P. 265-271.Arutyunov, V. S., Savchenko, V. I., Sedov, I., Nikitin, A. V., Troshin, K. Y., Norisov A. A., & Strekova, L. N. (2017). New Potentialities for Utilization of Associated Petroleum Gases in Power Generation and Chemicals Production. Eurasian Chemico-Technological Journal, 19(3), pp. 265-271. (In English). DOI: 10.18321/ectj662Андрейкина, Л. В. Состав, свойства и переработка попутных газов нефтяных месторождений Западной Сибири : специальность 02.00.13 «Нефтехимия», 07.00.10 «История науки и техники» : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Андрейкина Людмила Васильевна. - Уфа, 2005. - 21 с. - Текст : непосредственный.Andreykina, L. V. (2005). Sostav, svoystva i pererabotka poputnykh gazov neftyanykh mestorozhdeniy Zapadnoy Sibiri. Avtoref. diss. ... kand. tekhn. nauk. Ufa, 21 p. (In Russian).Книжников, А. Проблемы и перспективы использования нефтяного попутного газа в России / А. Книжников, Н. Пусенкова. - Текст : непосредственный // Ежегодный обзор проблемы в рамках проекта «Экология и Энергетика. Международный контекст». - Москва, 2009. - Выпуск 1. - 28 с.Knizhnikov, A., & Pusenkova, N. (2009). Problemy i perspektivy ispol'zovaniya neftyanogo poputnogo gaza v Rossii. Ezhegodnyy obzor problemy v ramkakh proekta “Ekologiya i Energetika Mezhdunarodnyy kontekst”. Vypusk 1. Moscow, 28 p. (In Russian).Загрязнение окружающей среды при сжигании попутного нефтяного газа на территории нефтедобывающих предприятий / Л. К. Алтунина, Л. И. Сваровская, И. Г. Ященко, М. Н. Алексеева. - Текст : непосредственный // Химия в интересах устойчивого развития. -2014. - № 22. - С. 217-222.Altunina, L. K., Svarovskaya, L. I., Yashchenko, I. G., & Alekseeva, M. N. (2014). Zagryaznenie okruzhayushchey sredy pri szhiganii poputnogo neftyanogo gaza na territorii neftedobyvayushchikh predpriyatiy. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya, (22), pp. 217-222. (In Russian).Книжников, А. Ю. Проблемы и перспективы использования попутного нефтяного газа в России / А. Ю. Книжников, А. М. Ильин. — Москва : Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2017. - 32 c. - URL: https://www.iprbookshop.ru/97448.html. - Текст : электронный.Knizhnikov, A. Yu., & Il’in, A. M. (2017). Problemy i perspektivy ispol'zovaniya poputnogo neftyanogo gaza v Rossii. Moscow, 32 p. (In Russian). Available at: https://www.iprbookshop.ru/97448.htmlФедяева, И.М. Оценка эффективности способов переработки попутных нефтяных газов месторождений Западной Сибири / И. М. Федяева, А. А. Новиков. - Текст : непосредственный // Вестник Югорского государственного университета. 2010. - № 4(19). -С. 73-80.Fedyaeva, I. M., & Novikov, A. A. (2010). Evaluation of the methods of processing following oil gases of the West Siberia layers. Vestnik Yugorskogo gosudarstvennogo universiteta, (4(19)), pp. 73-80. (In Russian).Chapter Seven - Biogas upgrading / L. Xie, J. Xu, Y. Zhang, Y. He. - DOI 10.1016/bs.aibe.2020.04.006. - Direct text // Advances in Bioenergy. - 2020. - Vol. 5. -P. 309-344.Xie, L., Xu, J., Zhang, Y., & He, Y. (2020). Chapter Seven - Biogas upgrading. Advances in Bioenergy, (5), pp. 309-344. (In English). DOI: 10.1016/bs.aibe.2020.04.006Bart, J. C. J. Evolution of biodiesel and alternative diesel fuels / J. C. J. Bart, N. Palmeri, S. Cavallaro. - DOI 10.1533/9781845697761.713. - Direct text // Biodiesel Science and Technology. - 2010. - P. 713-782.Bart, J. C. J., Palmeri, N., & Cavallaro, S. (2010). Evolution of biodiesel and alternative diesel fuels. Biodiesel Science and Technology, pp. 713-782. (In English). DOI: 10.1533/9781845697761.713Получение углеродных наноматериалов с использованием пористого оксида алюминия как темплата / О. К. Красильникова, А. С. Погосян, Н. В. Серебрякова [и др.]. -Текст : непосредственный // Физикохимия поверхности и защита материалов. - 2008. - T. 44, № 4. - С. 389-394.Krasil'nikova, O. K., Pogosyan, A. S., Serebryakova, N. V., Grankina, T. Yu., & Khodan, A. N. (2008). Poluchenie uglerodnykh nanomaterialov s ispol'zovaniem poristogo oksida alyuminiya kak templata. Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov, 4(44), pp. 389-394. (In Russian).Sengupa, J. Application of carbon nanomaterials in the electronic industry. Handbook of Nanomaterials for Manufacturing Applications. Micro and Nano Technologies / J. Sengupa. DOI: 10.1016/B978-0-12-821381-0.00017-X. - Direct text. - Elsevier. - 2020. - P. 421-450.Sengupta, J. (2020). Application of carbon nanomaterials in the electronic industry. Handbook of Nanomaterials for Manufacturing Applications. Micro and Nano Technologies, pp. 421-450. (In English). DOI: 10.1016/B978-0-12-821381-0.00017-XZaytseva, O. Carbon nanomaterials : production, impact on plant development, agricultural and environmental applications / O. Zaytseva, G. Neunmann. - DOI 10.1186/s40538-016-0070-8. - Direct text // Chemical and Biological Technologies in Agriculture. - 2016. - Issue 17. -P. 26.Zaytseva, O., & Neumann, G. (2016). Carbon nanomaterials: production, impact on plant development, agricultural and environmental applications. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, (17), p. 26. (In English). DOI: 10.1186/s40538-016-0070-8Богданов, Ю. В. Моделирование динамики ротора электрошпинделя на магнитных подшипниках / Ю. В. Богданов, А. М. Гуськов. - DOI 10.7463/0115.0753146. - Текст: непосредственный // Наука и образование. - 2015. - № 1. - С. 201-220.Bogdanov, Yu. V., & Gus'kov, A. M. (2015). Modelirovanie dinamiki rotora elektroshpindelya na magnitnykh podshipnikakh. Science & education, (1), pp. 201-220. (In Russian). DOI: 10.7463/0115.0753146Берлин, А. Я. Техника лабораторной работы в органической химии / А. Я. Берлин. -Москва - Ленинград, 1952. - 287 с. - Текст : непосредственный.Berlin, A. Ya. (1952). Tekhnika laboratornoy raboty v organicheskoy khimii. Moscow - Leningrad, 287 p. (In Russian).Патент на полезную модель № 185231 U1 Российская Федерация, МПК C01B 3/28, C01B 32/162, B82B 3/00. Реактор для переработки углеводородов с получением водорода и нановолокнистого углерода : № 2018127269 : заявл. 24.07.2018 : опубл. 27.11.2018 / Корнеев А. Е., Соловьев Е. А., Петровский Э. А.; заявитель Сибирский федеральный университет. - 9 с. - Текст : непосредственный.Korneev, A. E., Solov'ev, E. A., & Petrovskiy, E. A. Reaktor dlya pererabotki uglevodorodov s polucheniem vodoroda i nanovoloknistogo ugleroda. Pat. RF 185231 U1. No 2018127269. Applied: 24.07.2018. Published: 27.11.2018. (In Russian).Petrovsky, E. A., Study of pyrolysis of oil sludge / E. A. Petrovsky, O. A. Kolenchukov, E. A. Solovyev. - Direct text // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. -2019. - Vol. 537. - P. [1-5].Petrovsky, E. A., Kolenchukov, O. A., & Solovyev, E. A. (2019). Study of pyrolysis of oil sludge. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 537, pp. [1-5]. (In English). DOI: 10.1088/1757-899x/537/3/032082Коленчуков, О. А. Разработка технологических энергосберегающих система на основе пиролизных реакторов / О. А. Коленчуков, Э. А. Петровский. - DOI 10.17122/ngdelo-2020-1-130-136. - Текст: непосредственный // Нефтегазовое дело. - 2020. - Т. 18, № 1. -С. 130-136.Kolenchukov, O. A., & Petrovsky, E. A. (2020). Development of technological energy¬saving systems based on pyrolysis reactors. Petroleum Engineering, 18(1), pp. 130-136. (In Russian). DOI: 10.17122/ngdelo-2020-1-130-136Патент № 2312059 C1 Российская Федерация, МПК C01B 3/26, B01J 23/72, B01J 23/755. Способ получения водорода и нановолокнистого углерода : № 2006110780/15 : заявл. 03.04.2006 : опубл. 10.12.2007 / Соловьев Е. А., Кувшинов Д. Г., Ермаков Д. Ю., Кувшинов Г. Г.; заявитель Институт катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирский государственный технический университет. -8 с. - Текст : непосредственныйSolov'ev, E. A., Kuvshinov, D. G., Ermakov, D. Yu., & Kuvshinov, G. G. Sposob polucheniya vodoroda i nanovoloknistogo ugleroda. Pat. RF 2312059 C1. No 2006110780/15. Applied: 03.04.2006. Published: 10.12.2007. (In Russian).Патент № 2462293 C1 Российская Федерация, МПК B01D 53/00, C01B 3/26, B82B 3/00. Способ получения нановолокнистого углеродного материала и водорода : № 2011100755/05 : заявл. 12.01.2011 : опубл. 27.09.2012 / Ананьев И. В., Варфоломеева А. С., Кувшинов Г. Г. [и др.] ; заявитель Новосибирский государственный технический университет. - 9 с. - Текст : непосредственный.Anan'ev, I. V., Varfolomeeva, A. S., Kuvshinov, G. G., Kuvshinov, P. B., Solov'ev, E. A., Trachuk, A. V.,. Shinkarev, V. V. Pat. RF 2462293 C1. No 20111100755/05. Applied: 12.01.2011. Published: 27.09.2012. (In Russian).Наноструктурированные углеродные материалы в катализе и адсорбции / В. А. Лихолобов, В. Ф. Суровикин, М. С. Плаксин [и др.]. - Текст : непосредственный // Катализ в промышленности. - 2008. - С. 63-68.Likholobov, V. A., Surovikin, V. F., Plaksin, G. V., Tsekhanovich, M. S., Surovikin, Y. V., & Baklanova, O. N. (2008). Nanostructured carbon materials for catalysis and adsorption. Catalysis in Industry, pp. 63-68. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.