catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2021-4-227-237catal-770Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYПроцессы переработки природных и попутных газов на основе газофазного окисленияProcessing of natural and casing-head gases by the gas-phase oxidationАрутюновВ. С.ArutyunovV. S.ctls@kalvis.ruСавченкоВ. И.SavchenkoV. I.ctls@kalvis.ruСедовИ. В.SedovI. V.ctls@kalvis.ruНикитинА. В.NikitinA. V.ctls@kalvis.ruФедеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ФИЦ ХФ РАН), Москва; Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН), ЧерноголовкаРоссияN.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics RAS, Moscow; Institute of Problems of Chemical Physics RAS, Chernogolovka, Moscow regionRussian FederationИнститут проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН), ЧерноголовкаРоссияInstitute of Problems of Chemical Physics RAS, Chernogolovka, Moscow regionRussian Federation202105082021214227237Copyright © LLC "KALVIS", 20212021LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/770

Рассматривается возрастающее значение газохимии для мировой экономики и вызываемая этим необходимость создания новых, в том числе некаталитических, технологий конверсии природного газа и других углеводородных газов в химические продукты. Обсуждаются существующие и перспективные некаталитические процессы их конверсии в синтез-газ, а также прямые методы получения химических продуктов из основного компонента природного газа – метана.

The paper considers the growing importance of gas chemistry for the world economy and the related necessity of developing new, particularly noncatalytic technologies for the conversion of natural gas and other hydrocarbon gases into chemical products. The available and promising noncatalytic processes of their conversion into syngas as well as the direct methods for the synthesis of chemical products from methane, which is the main component of natural gas, are discussed.

природный газнекаталитические процессыокислительная конверсияпиролизсинтез-газводородnatural gasnoncatalytic processesoxidative conversionpyrolysissyngashydrogenReferencesBP Energy Outlook 2035: February 2015. http://www.bp.com/energyoutlook (дата обращения 10.03.2021).BP Energy Outlook 2035: February 2015. http://www.bp.com/energyoutlook (дата обращения 10.03.2021).Парижское соглашение по климату, 2015Парижское соглашение по климату, 2015https://unfccc.int/files/meetings/paris_nov_2015/application/pdf/paris_agreement_russian_.pdf (дата обращения 02.05.2021)https://unfccc.int/files/meetings/paris_nov_2015/application/pdf/paris_agreement_russian_.pdf (дата обращения 02.05.2021)Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивой жизни. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1995. 470 с.Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивой жизни. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1995. 470 с.Панцхава А.С. Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз: Теория и практика. М.: Кнорус, 2014. 1440 с. ISBN: 978-5-4365-0155-0.Панцхава А.С. Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз: Теория и практика. М.: Кнорус, 2014. 1440 с. ISBN: 978-5-4365-0155-0.Википедия. Эффективность фотосинтеза.Википедия. Эффективность фотосинтеза.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0 (дата обращения 02.05.2021)https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B7%D0%B0 (дата обращения 02.05.2021)Hall D.O., Rao K. Photosynthesis. Cambridge University Press, 1999.Hall D.O., Rao K. Photosynthesis. Cambridge University Press, 1999.Speirs J., McGlade C., Slade R. Uncertainty in the availability of natural resources: Fossil fuels, critical metals and biomass. Energy Policy. 2015. 2015. V. 87. P. 654–664. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2015.02.031Speirs J., McGlade C., Slade R. Uncertainty in the availability of natural resources: Fossil fuels, critical metals and biomass. Energy Policy. 2015. 2015. V. 87. P. 654–664. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2015.02.031Арутюнов В.С., Лисичкин Г.В. // Успехи химии. 2017. Т. 86. № 8. С. 777–804. http://iopscience.iop.org/article/10.1070/RCR4723/pdfАрутюнов В.С., Лисичкин Г.В. // Успехи химии. 2017. Т. 86. № 8. С. 777–804. http://iopscience.iop.org/article/10.1070/RCR4723/pdfЛадыгина О. Темная сторона альтернативной энергетики. Discovery. 2021. No. 5 (140). C. 14–16.Ладыгина О. Темная сторона альтернативной энергетики. Discovery. 2021. No. 5 (140). C. 14–16.Kvenvolden K.A. // Chemical Geology. 1988. V. 71. № 1 3. P. 41 51.Kvenvolden K.A. // Chemical Geology. 1988. V. 71. № 1 3. P. 41 51.Aasberg-Petersen K., Dybkjær I., Ovesen C.V., Schjødt N.C., Sehested J., Thomsen S.G. // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2011. V. 3. P. 423–459. http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2011.03.004Aasberg-Petersen K., Dybkjær I., Ovesen C.V., Schjødt N.C., Sehested J., Thomsen S.G. // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2011. V. 3. P. 423–459. http://dx.doi.org/10.1016/j.jngse.2011.03.004Dybkjær I., Aasberg-Petersen K. J. Chem. Eng. 2016. V. 94. P. 607–612. DOI 10.1002/cjce.22453Dybkjær I., Aasberg-Petersen K. J. Chem. Eng. 2016. V. 94. P. 607–612. DOI 10.1002/cjce.22453Степанов А.А., Коробицына Л.Л., Восмериков А.В. // Катализ в промышленности. 2021. (В печати.)Степанов А.А., Коробицына Л.Л., Восмериков А.В. // Катализ в промышленности. 2021. (В печати.)Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. М.: КРАСАНД, 2011. -640 с.Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. М.: КРАСАНД, 2011. -640 с.Арутюнов В.С., Крылов О.В. Органическая химия: Окислительные превращения метана. 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для вузов. М.: Юрайт. 2018. -371 с.Арутюнов В.С., Крылов О.В. Органическая химия: Окислительные превращения метана. 2-е изд., испр. и доп. Учебное пособие для вузов. М.: Юрайт. 2018. -371 с.Chen C.M., Bennett D.L., Carolan M.F., Foster E.P., Schinski W.L., Taylor D.M. ITM syngas ceramic membrane technology for synthesis gas production. In: Proceedings of the 7th Natural Gas Conversion Symposium, June 6-10, Dalian, China. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 147. Natural Gas Conversion VII. X.Bao and Y.Xu (Editors). Elsevier. Amsterdam et al. 2004, P. 55.Chen C.M., Bennett D.L., Carolan M.F., Foster E.P., Schinski W.L., Taylor D.M. ITM syngas ceramic membrane technology for synthesis gas production. In: Proceedings of the 7th Natural Gas Conversion Symposium, June 6-10, Dalian, China. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 147. Natural Gas Conversion VII. X.Bao and Y.Xu (Editors). Elsevier. Amsterdam et al. 2004, P. 55.Mazanec T., Perry S., Tonkovich L., Wang Y. Microchannel gas-to-liquids conversion – thinking big by thinking small. In: Proceedings of the 7th Natural Gas Conversion Symposium, June 6-10, Dalian, China. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 147. Natural Gas Conversion VII. X.Bao and Y.Xu (Editors). Elsevier. Amsterdam et al. 2004. P. 169.Mazanec T., Perry S., Tonkovich L., Wang Y. Microchannel gas-to-liquids conversion – thinking big by thinking small. In: Proceedings of the 7th Natural Gas Conversion Symposium, June 6-10, Dalian, China. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 147. Natural Gas Conversion VII. X.Bao and Y.Xu (Editors). Elsevier. Amsterdam et al. 2004. P. 169.Schmidt L.D. Modeling millisecond reactors. In: Proceedings of the 6th Natural Gas Conversion Symposium. Girdwood, Alaska, 2001. Studies in Surface Science and Catalysis. V.136. 2001. Natural Gas Conversion VI. Ed. E.Iglesia, T.H.Fleish. Elsevier Science B.V. Amsterdam-London-New York-Oxford-Paris-Shannon-Tokyo. 2001.Schmidt L.D. Modeling millisecond reactors. In: Proceedings of the 6th Natural Gas Conversion Symposium. Girdwood, Alaska, 2001. Studies in Surface Science and Catalysis. V.136. 2001. Natural Gas Conversion VI. Ed. E.Iglesia, T.H.Fleish. Elsevier Science B.V. Amsterdam-London-New York-Oxford-Paris-Shannon-Tokyo. 2001.Систер В.Г., Богданов В.А., Колбановский Ю.А. // Нефтехимия. 2005. Т. 45. № 6. С. 440–446.Систер В.Г., Богданов В.А., Колбановский Ю.А. // Нефтехимия. 2005. Т. 45. № 6. С. 440–446.http://energosintop.narod.ru/ (дата обращения 17.05.2021)http://energosintop.narod.ru/ (дата обращения 17.05.2021)Загашвили Ю.В., Левихин А.А., Кузьмин А.М. // Нефтегазохимия. 2017. № 4. С. 9–16.Загашвили Ю.В., Левихин А.А., Кузьмин А.М. // Нефтегазохимия. 2017. № 4. С. 9–16.Rabovitser J., Wohadlo S., Pratapas J.M., Nester S., Tartan M., Palm S., Freedman S.I., White D. Experimental study of a 200 kw partial oxidation gas turbine (POGT) for co-production of power and hydrogen-enriched fuel gas. Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air GT2009. June 8-12, 2009, Orlando, Florida, USA. GT2009-59272.Rabovitser J., Wohadlo S., Pratapas J.M., Nester S., Tartan M., Palm S., Freedman S.I., White D. Experimental study of a 200 kw partial oxidation gas turbine (POGT) for co-production of power and hydrogen-enriched fuel gas. Proceedings of ASME Turbo Expo 2009: Power for Land, Sea and Air GT2009. June 8-12, 2009, Orlando, Florida, USA. GT2009-59272.Dorofeenko S.O., Polianczyk E.V. Gasification of pulverized coal in a counterflow moving bed filtration combustion reactor: In search of the optimum. Fuel. 2021. V. 291. 120255. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120255Dorofeenko S.O., Polianczyk E.V. Gasification of pulverized coal in a counterflow moving bed filtration combustion reactor: In search of the optimum. Fuel. 2021. V. 291. 120255. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120255Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Sinev M.Yu., Shapovalova O.V. 2011. Syngas and hydrogen production in a volumetric radiation burners. Chem. Eng. J. 176–177, 291–294.Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Sinev M.Yu., Shapovalova O.V. 2011. Syngas and hydrogen production in a volumetric radiation burners. Chem. Eng. J. 176–177, 291–294.https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.03.084https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.03.084Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Rakhmetov A.N., Shapovalova O.V. 2014. 3D Matrix burners: a method for small-scale syngas production. Ind. Eng. Chem. Res. 53(5), 1754–1759. https://doi.org/10.1021/ie4022489Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Rakhmetov A.N., Shapovalova O.V. 2014. 3D Matrix burners: a method for small-scale syngas production. Ind. Eng. Chem. Res. 53(5), 1754–1759. https://doi.org/10.1021/ie4022489Nikitin A., Ozerskii A., Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V. 2019. Matrix conversion of natural gas to syngas: the main parameters of the process and possible applications. Chem. Eng. J. 377, 120883. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.162.Nikitin A., Ozerskii A., Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V. 2019. Matrix conversion of natural gas to syngas: the main parameters of the process and possible applications. Chem. Eng. J. 377, 120883. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.162.Arutyunov V., Nikitin A., Strekova L., Savchenko V., Sedov I. Renewable biogas as a source for small-scale production of liquid fuels. Catalysis Today. 2020. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.06.057Arutyunov V., Nikitin A., Strekova L., Savchenko V., Sedov I. Renewable biogas as a source for small-scale production of liquid fuels. Catalysis Today. 2020. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.06.057Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. // НефтеГазоХимия. 2016. № 4. С. 12–21.Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. // НефтеГазоХимия. 2016. № 4. С. 12–21.Арутюнов В.С., Стрекова Л.Н., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Елисеев О.Л., Крючков М.В., Лапидус А.Л. // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 3. С. 246–255. DOI: 10.1134/S002824211903002X.Арутюнов В.С., Стрекова Л.Н., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Елисеев О.Л., Крючков М.В., Лапидус А.Л. // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 3. С. 246–255. DOI: 10.1134/S002824211903002X.Savchenko V.I., Zimin Ya.S., Nikitin A.V., Sedov I.V., Arutyunov V.S. Non-catalytic dry reforming of C1–C4 hydrocarbons at 1400-1800 K. // Journal of CO2 Utilization. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101490Savchenko V.I., Zimin Ya.S., Nikitin A.V., Sedov I.V., Arutyunov V.S. Non-catalytic dry reforming of C1–C4 hydrocarbons at 1400-1800 K. // Journal of CO2 Utilization. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101490Билера И.В., Буравцев Н.Н., Колбановский Ю.А., Россихин И.В. Получение ацетилена в процессах технологиче¬ского горения. В сб. Технологическое горение. под редакцией С.М. Алдошина и др. Москва: РАН, 2018. С. 62–95. DOI: 10.31857/S9785907036383000003.Билера И.В., Буравцев Н.Н., Колбановский Ю.А., Россихин И.В. Получение ацетилена в процессах технологиче¬ского горения. В сб. Технологическое горение. под редакцией С.М. Алдошина и др. Москва: РАН, 2018. С. 62–95. DOI: 10.31857/S9785907036383000003.Q. Zhang, Y. Liu, T. Chen, X. Yu, J. Wang, T. // Chem. Eng. Sci. 142 (2016) 126–136. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.11.010.Q. Zhang, Y. Liu, T. Chen, X. Yu, J. Wang, T. // Chem. Eng. Sci. 142 (2016) 126–136. https://doi.org/10.1016/j.ces.2015.11.010.Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Ind. Eng. Chem. Res. 55 (2016) 8383–8394. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b00817.Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Ind. Eng. Chem. Res. 55 (2016) 8383–8394. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b00817.Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Ind. Eng. Chem. Res. 56 (2017) 5174–5184. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b00406.Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Ind. Eng. Chem. Res. 56 (2017) 5174–5184. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b00406.Q. Zhang, J. Luo, T. Chen, J. Wang, T. Wang // Chemical Engineering & Processing: Process Intensification. 122 (2017) 447–459. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.06.007.Q. Zhang, J. Luo, T. Chen, J. Wang, T. Wang // Chemical Engineering & Processing: Process Intensification. 122 (2017) 447–459. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.06.007.J. Luo, J. Wang, T. Wang // J. Chem. Eng. 26 (2018) 1312–1320. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.02.010.J. Luo, J. Wang, T. Wang // J. Chem. Eng. 26 (2018) 1312–1320. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.02.010.T. Chen, Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Chem. Eng. J. 329 (2017) 238–249. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.04.016.T. Chen, Q. Zhang, J. Wang, T. Wang // Chem. Eng. J. 329 (2017) 238–249. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.04.016.X. Yu, T. Chen, Q. Zhang, T. Wang // J. Chem. Eng. 26 (2018) 903–913. http://dx.doi.org/10.1016/j.cjche.2016.04.039.X. Yu, T. Chen, Q. Zhang, T. Wang // J. Chem. Eng. 26 (2018) 903–913. http://dx.doi.org/10.1016/j.cjche.2016.04.039.J. Luo, J. Wang, T. Wang // Chemical Engineering & Processing: Process Intensification. 145 (2019). 107646. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107646.J. Luo, J. Wang, T. Wang // Chemical Engineering & Processing: Process Intensification. 145 (2019). 107646. https://doi.org/10.1016/j.cep.2019.107646.Hall K.R. // Catalysis Today. 2005. V. 106. P. 243–246.Hall K.R. // Catalysis Today. 2005. V. 106. P. 243–246.Арутюнов В.С., Голубева И.А., Елисеев О.Л., Жагфаров Ф.Г. Технология переработки углеводородных газов. Учебник для вузов. М.: Юрайт, 2020. 723 с.Арутюнов В.С., Голубева И.А., Елисеев О.Л., Жагфаров Ф.Г. Технология переработки углеводородных газов. Учебник для вузов. М.: Юрайт, 2020. 723 с.Amin A.M., Croiset E., Epling W. // Int. J. Hydrogen En. 2011. V. 36. P. 2904–2935. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.11.035.Amin A.M., Croiset E., Epling W. // Int. J. Hydrogen En. 2011. V. 36. P. 2904–2935. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.11.035.Ashik U.P.M., Wan Daud W.M.A., Hazzim A.F. Production of greenhouse gas free hydrogen by thermocatalytic decomposition of methane – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 44. P. 221–256. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.025.Ashik U.P.M., Wan Daud W.M.A., Hazzim A.F. Production of greenhouse gas free hydrogen by thermocatalytic decomposition of methane – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 44. P. 221–256. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.025.Дубинин А.М., Кагарманов Г.Р., Финк А.В. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2009. Т. 52 (2). С. 54–56.Дубинин А.М., Кагарманов Г.Р., Финк А.В. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2009. Т. 52 (2). С. 54–56.Арутюнов В.С., Басевич В.Я., Веденеев В.И., Крылов О.В. // Кинетика и катализ. 1999. Т. 40. № 3. С. 425–431. P. 382–387.Арутюнов В.С., Басевич В.Я., Веденеев В.И., Крылов О.В. // Кинетика и катализ. 1999. Т. 40. № 3. С. 425–431. P. 382–387.Arutyunov V.S. Direct Methane to Methanol: Foundations and Prospects of the Process. Amsterdam, The Netherlands. Elsevier B.V. 2014.Arutyunov V.S. Direct Methane to Methanol: Foundations and Prospects of the Process. Amsterdam, The Netherlands. Elsevier B.V. 2014.Arutyunov V. // Catalysis Today. 2013. V. 215. P. 243–250. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2012.12.021.Arutyunov V. // Catalysis Today. 2013. V. 215. P. 243–250. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2012.12.021.Савченко В.И., Озерский А.В., Фокин И.Г., Никитин А.В., Арутюнов В.С., Седов И.В. // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. № 4. С. 516–524. DOI: 10.31857/S0044461821040113.Савченко В.И., Озерский А.В., Фокин И.Г., Никитин А.В., Арутюнов В.С., Седов И.В. // Журнал прикладной химии. 2021. Т. 94. № 4. С. 516–524. DOI: 10.31857/S0044461821040113.

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