РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОД ИЗ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ

DEVELOPMENT OF A PROCESS FOR PRODUCING HYDROGEN FROM PETROLEUM GASES

Zhetpisbaikyzy Ardak

Master’s student, Department of Oil and Gas Engeneering, Aktobe Regional University named after K.Zhubanov,

Kazakhstan, Aktob

Orynbasar Raigul Orynbasarkyzy

Scientific supervisor, candidate of chemical sciences, associate professor, Aktobe Regional University named after K.Zhubanov,

Kazakhstan, Aktobe

АННОТАЦИЯ

Процесс получения водорода из нефти и природного газа является одной из приоритетных задач современной энергетики. В работе анализируются основные методы добычи водорода, включая паровой реформинг, частичное окисление, автотермический реформинг и пиролиз метана. Рассмотрены особенности каждой технологии, её преимущества и ограничения, а также влияние состава сырья, рабочих условий и катализаторов на эффективность процессов. Особое внимание уделено методам очистки водорода и вопросам экологической безопасности. Подчеркивается необходимость интеграции традиционных и перспективных технологий для обеспечения устойчивого развития низкоуглеродной энергетики.

ABSTRACT

The production of hydrogen from oil and natural gas is one of the key challenges in modern energy development. This paper analyzes the main technologies for hydrogen production, including steam reforming, partial oxidation, autothermal reforming, and methane pyrolysis. The study highlights the characteristics, advantages, and limitations of each method, as well as the influence of feedstock composition, operating conditions, and catalysts on process efficiency. Special attention is given to hydrogen purification methods and environmental safety considerations. The importance of integrating traditional and emerging technologies to support sustainable low-carbon energy development is emphasized.

Ключевые слова: водород, нефтяное сырьё, природный газ, паровой реформинг, частичное окисление, автотермический реформинг, пиролиз метана, синтез-газ, экологическая безопасность, низкоуглеродная энергетика.

Keywords: hydrogen, oil feedstock, natural gas, steam reforming, partial oxidation, autothermal reforming, methane pyrolysis, synthesis gas, environmental safety, low-carbon energy.

Водород рассматривается как один из ключевых энергетических ресурсов современности, поскольку он способен обеспечить переход к низкоуглеродной экономике и уменьшить зависимость от традиционных видов топлива. Нефть и природный газ являются наиболее распространёнными промышленными источниками водорода благодаря высокому содержанию водорода в их составе и хорошо разработанным технологиям переработки. Процессы получения водорода из углеводородного сырья основаны на различных физико-химических реакциях, включающих паровой реформинг, частичное окисление, автотермический реформинг и пиролиз метана. Каждая из этих технологий имеет свои особенности, связанные с условиями проведения реакции, типом катализатора, температурно-давленческими режимами и спецификой исходного сырья.

Паровой реформинг природного газа на сегодняшний день является наиболее распространённой технологией получения водорода в мировом масштабе. Процесс основан на реакции метана с водяным паром при высокой температуре с образованием синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода. Как правило, реакция протекает в присутствии никелевых катализаторов, которые обеспечивают высокую скорость взаимодействия и устойчивость процесса в промышленных условиях. После стадии реформинга выполняется конверсия оксида углерода — взаимодействие CO с водяным паром, благодаря чему содержание водорода в газовой смеси заметно увеличивается. Преимуществом парового реформинга является высокий выход водорода, доступность сырья и технологическая устойчивость. Основным недостатком остаётся значительное выделение углекислого газа, что обусловливает необходимость внедрения технологий улавливания и хранения CO₂ для уменьшения экологической нагрузки.

Для получения водорода из тяжёлых нефтяных остатков, мазута, вакуумного газойля или нафты широко используется процесс частичного окисления. В данной технологии углеводороды взаимодействуют с ограниченным количеством кислорода при высокой температуре, образуя синтез-газ, обогащённый водородом. Несмотря на более высокий расход энергии по сравнению с паровым реформингом, частичное окисление обладает важным преимуществом — способностью перерабатывать тяжёлое сырьё, которое традиционные методы используют с меньшей эффективностью. В нефтехимической промышленности данный процесс играет значимую роль, обеспечивая более рациональное использование остаточных фракций нефти и превращение их в высокоценный водород.

Автотермический реформинг объединяет механизмы парового реформинга и частичного окисления, создавая энергетически сбалансированную систему. Экзотермические и эндотермические реакции в данном процессе протекают одновременно, что обеспечивает оптимальное распределение тепла и более стабильные рабочие режимы. Автотермический реформинг эффективно применяется в крупнотоннажном производстве синтетических газов и водорода, особенно при переработке многофракционного углеводородного сырья. Его преимущество заключается в гибкости, возможности работы на различных видах сырья и высокой пригодности для интеграции с современными установками газохимического синтеза.

В последние годы всё большее внимание уделяется пиролизу метана как перспективному способу получения «безуглеродного» водорода. В этом процессе метан подвергается термическому разложению без участия кислорода, в результате чего образуются элементарный углерод и водород высокой чистоты. Преимущество пиролиза заключается в отсутствии выбросов CO₂, что делает метод экологически привлекательным. Тем не менее технология находится на стадии активного развития: остаются нерешёнными вопросы стабильности высокотемпературных реакторов, удаления твёрдого углерода и долговечности катализаторов. Несмотря на это, пиролиз метана рассматривается как один из наиболее перспективных путей получения водорода в рамках будущей низкоуглеродной энергетики.

Список литературы:

1. Bossel, U., Eliasson, B., & Taylor, G. (2003). The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak? European Fuel Cell Forum.
2. Rostrup-Nielsen, J.R., Sehested, J., & Nørskov, J.K. (2002). Hydrogen and synthesis gas by steam- and CO2 reforming. Advances in Catalysis, 47, 65–139.
3. Speight, J.G. (2017). The Chemistry and Technology of Petroleum. CRC Press.
4. Rauch, R., Morard, G., & Larminie, J. (2005). Hydrogen production technologies: current and future. International Journal of Hydrogen Energy, 30(6), 649–659.
5. Gür, T.M. (2018). Hydrogen Production: by Steam Reforming, Partial Oxidation, Autothermal Reforming, and Methane Pyrolysis. Energy Reports, 4, 500–515.