Тематический рубрикатор статей

Георесурсы T.26.№1.2024
Стр.
Скачать статью

Экспериментальное исследование процессов синтеза водорода в условиях пластов месторождений природного газа

Е.Д. Мухина, П.А. Афанасьев, А.З. Мухаметдинова, А.Г. Аскарова, Е.Ю. Попов, А.Н. Черемисин

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.13

145-153
rus.

open access

Under a Creative Commons license

В работе рассмотрены вопросы производства водорода – перспективного источника «зеленой» энергии. Рассмотрены различные методы получения водорода, а также представлена новая технология синтеза водорода в месторождениях природного газа. Согласно опубликованным данным экспериментальных исследований существует высокая вероятность синтеза водорода при паротепловом воздействии на пласты нефтяных месторождений. Однако с учетом того, что нефть в этом процессе является основным сырьем для генерации водорода, имеется высокая степень неопределенности успешности протекания этого процесса в месторождениях природного газа в отсутствие остаточной нефти. Проведенное экспериментальное исследование было направлено на обоснование возможности синтеза водорода в условиях газовых месторождений. Для реализации физического моделирования процесса использовались специально сконструированные проточные реакторы, заполненные пористой среды разного типа, в частности породой реального газового месторождения. Был смоделирован процесс закачки пара в предварительно разогретую поровую среду в смеси с метаном при пластовом давлении 80 атм. Основными варьируемыми параметрами, кроме типа поровой среды, стали температура и соотношение пара к метану в системе. Проведена серия из девяти экспериментов. Газовые продукты превращений, происходящих в реакторах, были исследованы на газовом хроматографе, кроме того, после каждого эксперимента определялись свойства образцов породы. По итогам проведенных экспериментальных работ установлены закономерности поведения концентраций синтезированного водорода в зависимости от исследуемых параметров. Результаты свидетельствуют о высоком потенциале технологии синтеза водорода в пластовых условиях месторождений природного газа. 

 

водород, паровая конверсия, газовое месторождение, природный газ, метан
 

  • Бондаренко Т.М., Мухаметдинова А.З., Попов Е.Ю., Черемисин А.Н., Калмыков А.Г., Карпов И.А. (2017). Анализ изменения свойств пород баженовской свиты в результате закачки воздуха высокого давления на основе лабораторного моделирования. Нефтяное хозяйство, (3), с. 40–44.
  • Ahn S.-Y., Kim K.-J., Kim B.-J., Hong G.-R., Jang W.-J., Bae J.W., Park Y.-K., Jeon B.-H., Roh H.-S. (2023). From gray to blue hydrogen: Trends and forecasts of catalysts and sorbents for unit process. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 186, 113635. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113635
  • Askarova A., Afanasev P., Popov E., Mikitin E., Darishchev V. (2023). Application of oil in situ combustion for the catalytic methane conversion in the porous medium of the gas reservoir. Journal of Petroleum Science and Engineering, 220, Pt. A, 111256. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.111256
  • Barbier J. (1986). Deactivation of reforming catalysts by coking – a review. Applied Catalysis, 23(2), pp. 225–243. https://doi.org/10.1016/S0166-9834(00)81294-4
  • Cai L., He T., Xiang Y., Guan Y. (2020). Study on the reaction pathways of steam methane reforming for H2 production. Energy, 207, 118296. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118296
  • Fazlyeva R., Ursenbach M., Mallory D., Mehta S., Cheremisin A., Moore G., Spasennykh M. (2023). In Situ Combustion of Heavy Oil within a Vuggy Carbonate Reservoir: Part I – Feasibility Study. Energies, 16(5), 2233. https://doi.org/10.3390/en16052233
  • Giammaria G., Lefferts L. (2019). Catalytic effect of water on calcium carbonate decomposition. Journal of CO2 Utilization, 33, pp. 341–356. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2019.06.017
  • Haseli Y. (2019). Criteria for chemical equilibrium with application to methane steam reforming. International Journal of Hydrogen Energy, 44(12), pp. 5766–5772. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.130
  • Hinokuma S., Shimanoe H., Matsuki S., Kawano M., Kawabata Y., Machida M. (2016). Catalytic activity and selectivities of metal oxides and Pt/Al2O3 for NH3 combustion. Chemistry Letters, 45(2), pp. 179–181. https://doi.org/10.1246/cl.151031
  • International Energy Agency. (2021). Global Hydrogen Review 2021. 223 p. https://doi.org/10.1787/39351842-en
  • Isha R., Williams P.T. (2012). Experimental design methodology for optimising catalytic performance of Ni/Ce/α-Al2O3 catalyst for methane steam reforming. Journal of the Energy Institute, 85(1), pp. 22–28. https://doi.org/10.1179/174396711X13116932752155
  • Kapadia P.R., Kallos M.S., Gates I.D. (2010). A Comprehensive Kinetic Theory to Model Thermolysis, Aquathermolysis, Gasification, Combustion, and Oxidation of Athabasca Bitumen. SPE Improved Oil Recovery Symposium. SPE-129660-MS. https://doi.org/10.2118/129660-MS
  • Matus E.V., Sukhova O.B., Ismagilov I.Z., Kerzhentsev M.A., Li L., Ismagilov Z.R. (2021). Bi-reforming of methane: Thermodynamic equilibrium analysis and selection of preferable reaction conditions. Journal of Physics: Conference Series, 1749, 12023. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1749/1/012023
  • Navarro R.M., Peña M.A., Fierro J.L.G. (2007). Hydrogen production reactions from carbon feedstocks: Fossil fuels and biomass. Chemical Reviews, 107(10), pp. 3952–3991. https://doi.org/10.1021/cr0501994
  • Serrano D.P., Botas J.A., Fierro J.L.G., Guil-López R., Pizarro P., Gómez G. (2010). Hydrogen production by methane decomposition: Origin of the catalytic activity of carbon materials. Fuel, 89(6), pp. 1241–1248. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.11.030
  • Singh S., Jain S., PS V., Tiwari A.K., Nouni M.R., Pandey J.K., Goel S. (2015). Hydrogen: A sustainable fuel for future of the transport sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51, pp. 623–633. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.06.040
  • Smith E. K., Barakat S. M., Akande O., Ogbaga C. C., Okoye P. U., Okolie J. A. (2024). Subsurface combustion and gasification for hydrogen production: Reaction mechanism, techno-economic and lifecycle assessment. Chem. Eng. J. 480, 148095. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148095 
  • Turta A. T., Chattopadhyay S. K., Bhattacharya R. N., Condrachi, A., Hanson, W. (2007) Current status of commercial in situ combustion projects worldwide. J. Can. Pet. Technol., 46(11). pp. 8–14. https://doi.org/10.2118/07-11-GE 
  • Wachter P., Gaber C., Raic J., Demuth M., Hochenauer C. (2021). Experimental investigation on H2S and SO2 sulphur poisoning and regeneration of a commercially available Ni-catalyst during methane tri-reforming. International Journal of Hydrogen Energy, 46(5), pp. 3437–3452. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.10.214
  • Wang W., Olguin G., Hotza D., Seelro M.A., Fu W., Gao Y., Ji G. (2022). Inorganic membranes for in-situ separation of hydrogen and enhancement of hydrogen production from thermochemical reactions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 160, 112124. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112124
  • Yang M., Harding T. G., Chen Z. (2020). Field-Scale Modeling of Hybrid Steam and In-Situ-Combustion Recovery Process in Oil-Sands Reservoirs Using Dynamic Gridding. SPE Reserv. Eval. Eng., 23(01), pp. 311–325.
  • Zhao P., Li C., Wang C., Yang M. (2016). The mechanism of H2S generation in the recovery of heavy oil by steam drive. Petroleum Science and Technology, 34(16), pp. 1452–1461. https://doi.org/10.1080/10916466.2016.1204314
  •  
Елена Дмитриевна Мухина – Ph.D., старший научный сотрудник, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 
Павел Аркадьевич Афанасьев – аспирант, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 
Алия Захрафовна Мухаметдинова – канд. тех. наук, старший научный сотрудник, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 
Айсылу Габдельгафаровна Аскарова – канд. тех. наук, старший научный сотрудник, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 
Евгений Юрьевич Попов – канд. тех. наук, заведующий лабораторией тепловых МУН, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 
Алексей Николаевич Черемисин – канд. тех. наук, профессор, Центр науки и технологий добычи углеводородов, Сколковский институт науки и технологий
Россия, 121205, Москва, Большой бул., д. 30
 

Для цитирования:

Мухина Е.Д., Афанасьев П.А., Мухаметдинова А.З., Аскарова А.Г., Попов Е.Ю., Черемисин А.Н. (2024). Экспериментальное исследование процессов синтеза водорода в условиях пластов месторождений природного газа. Георесурсы, 26(1), c. 145–153. https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.13

For citation:

Mukhina E.D., Afanasev P.A., Mukhametdinova A.Z., Askarova A.G., Popov E.Y., Cheremisin A.N. (2024). Experimental Study of Hydrogen Synthesis under Conditions of a Natural Gas Reservoir. Georesursy = Georesources, 26(1), pp. 145–153. https://doi.org/10.18599/grs.2024.1.13

© 2024 Коллектив авторов