Регистрация / Вход
Прислать материал

Частичное каталитическое окисление биогаза и реформинг пиролизного масла (биомасла) для автотермического получения синтез-газа и конверсии в топливо

Номер контракта: 14.586.21.0024

Руководитель: Сульман Эсфирь Михайловна

Должность: заведующая кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
биотопливо, целлюлоза, гидролитическое гидрирование, метанол, углеводороды, гетерогенный катализ, наноструктурированные катализаторы, цеолитные катализаторы, микрореакторные технологии

Цель проекта:
Целью проекта является разработка и тестирование современных высокоэффективных катализаторов для реализации промышленно значимых процессов преобразования биологических ресурсов в жидкое топливо. В частности, в рамках проекта должны быть созданы научные основы эффективных и экологичных способов конверсии целлюлозной биомассы в сырьё для производства биотоплива второго поколения и химического синтеза. Предполагается провести исследование физико-химических закономерностей процессов гидролиза целлюлозы в субкритической воде с оценкой влияния ультразвуковой предобработки её водных дисперсий; исследование физико-химических закономерностей процесса гидрирования глюкозы в условиях микрореактора непрерывного действия; исследование физико-химических закономерностей процесса гидролитического гидрирования целлюлозы до многоатомных спиртов в среде субкритической воды с использованием каталитических систем нового типа на основе сверхсшитого полистирола. Кроме того, настоящий проект направлен на разработку каталитических процессов получения топлива из метанола. С этой целью синтезированные катализаторы должны быть протестированы с учетом всех возможных химических маршрутов конверсии метанола с тем, чтобы свести к минимуму потери от протекания побочных реакций.

Основные планируемые результаты проекта:
Аналитический обзор литературных источников по теме проекта.
Отчеты о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Обоснование направления и экспериментальный план исследований.
Результаты оценки влияния ультразвука на характеристики целлюлозы.
Методика обработки водных дисперсий целлюлозы мощным ультразвуком.
Методика гидролиза целлюлозы в среде субкритической воды в реакторах высокого давления.
Результаты исследования влияния параметров процесса (температуры, состава инертной атмосферы, условий перемешивания реакционной среды, соотношения целлюлоза/вода, давления и т.д.) на выход глюкозы и степень конверсии целлюлозы, описание оптимальных параметров.
Результаты исследования влияния на процесс гидролиза целлюлозы предварительной обработки её водных дисперсий ультразвуком частотой 30 кГц, описание параметров, обеспечивающих максимальный выход глюкозы.
Методика синтеза Ru-содержащих катализаторов на основе мезопористой матрицы сверхсшитого полистирола и его функционализированных аналогов, предназначенных для процесса гидрирования глюкозы до сорбита и гидролитического гидрирования целлюлозы.
Экспериментальные образцы Ru-содержащих катализаторов.
Результаты физико-химических исследований экспериментальных образцов синтезированных катализаторов методами низкотемпературной адсорбции азота, рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), инфракрасной Фурье-спектроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, растровой электронной микроскопии, растровой ионной микроскопии, электронографии и др., результаты элементного анализа.
Результаты исследования влияния на процесс гидрирования температуры, парциального давления водорода, скорости потока раствора субстрата, концентрации субстрата и других параметров.
Описание оптимальных условий процесса, обеспечивающих стабильность работы катализатора.
Методика гидрирования целлюлозы до сорбита в условиях микрореактора.
Методика гидролитического гидрирования целлюлозы в среде субкритической воды в присутствии Ru-содержащих катализаторов на основе СПС и его функционализированных аналогов.
Результаты исследования влияния химического строения и текстуры катализаторов, а также реакционных условий (температура, давление водорода, соотношение субстрат/катализатор и др.) на скорость процесса и выход целевых продуктов (гекситолов или низших полиолов), описание оптимальных условий процесса.
Результаты исследования физико-химических закономерностей гидролитического гидрирования целлюлозы в оптимальных условиях, обеспечивающих максимальный выход гекситолов или низших полиолов (глицерола, этилен- и пропиленгликоля).
Результаты исследования влияния ультразвуковой обработки исходных водных дисперсий целлюлозы на процесс гидролитического гидрирования целлюлозы, описание оптимальных параметров обработки, обеспечивающих максимальных выход целевых продуктов.
Описание состава и структуры новых катализаторов с определенным размером частиц и определенной морфологией, стехиометрией, большой удельной поверхностью и высокой стабильностью.
Описание оптимального состава цеолита для синтеза катализаторов.
Образцы гидрофильных цеолитов в виде мелких кристаллов.
Результаты модификации структуры цеолитов деалюминированием и заменой алюминия другими металлами (Co, Mn, Mo, Ni) и формирования металлических наночастиц на неорганической основе.
Результаты анализа возможности применения полимерных систем для трансформации метанола в углеводороды.
Образцы полимерных систем для трансформации метанола в углеводороды и результаты их тестирования.
Результаты характеризации приготовленных катализаторов с использованием различных физико-химических методов (XPS, BET, TEM, РФА, ДТГ и ДСК).
Результаты тестирования наиболее перспективного катализатора.
Описание способа полной регенерации неорганических катализаторов.
Результаты оценки механизмов формирования углеводородов в ходе каталитического процесса, описание параметров дезактивации углерода.
Описание схемы и параметров контроля скорости коксования через влияние размера частиц активного металла на скорость зародышеобразования углеродов; влияние конструкции поверхности катализатора для повышения сопротивления; взаимодействие катализатора с калием, золотом и другими описанными в литературе металлическими катализаторами.
Результаты исследования влияния различных факторов на изменение температурного профиля в реакторе.
Результаты анализа влияния структуры цеолита на формирование углеводородов с использованием метода спектроскопии комбинационного рассеяния света.
Результаты определения веществ, ведущих к дезактивации катализатора, методом диффузного отражения УФ/видимой спектроскопии.
Результаты исследования влияния условий реакции (давление, температура, состав смеси реагентов) в кинетической области в отсутствие внешних ограничений массопереноса.
Результаты определения скорости для каждой из элементарных стадий, участвующих в превращении ключевых промежуточных соединений, описание гипотезы о механизме каталитического процесса.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Проведение исследований в области создания высокоэффективных каталитических систем обеспечит:
- получение катализаторов на основе мезопористых носителей, в составе которых 40% пор размером от 2 до 10 нм;
- формирование активных каталитических центров на основе Ru размером 1-2 нм;
- получение катализаторов с пониженным массовым содержанием (1-3%) активного металла;
- получение катализаторов, активность которых в 3 раза и более превосходит активность промышленных контактов в аналогичных процессах;
- получение катализаторов, стабильность которых в 10 раз и более превосходит стабильность промышленных контактов в аналогичных процессах;
- получение катализаторов, обеспечивающих селективность каталитических процессов на уровне не ниже 90% при 95%-ной конверсии исходного субстрата.
В результате многократного проведения экспериментов будет достигнуто воспроизведение полученных результатов по синтезу каталитических систем нового поколения и параметрам их характеризации с допускаемой ошибкой до 5%.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
На основе полученных в процессе работы результатов возможно проведение прикладных исследований по применению научно-технической продукции в различных процессах и отраслях производства (энергетика, химическая промышленность, машиностроение, коммунальное хозяйство).
Научно-техническая продукция, созданная в рамках работы, будет способствовать совершенствованию технологических процессов, повышению уровня производственной безопасности и снижению издержек производства, сокращению на 10-15% себестоимости дополнительно полученной энергии, снижению уровня загрязненности окружающей среды токсичными органическими соединениями (диоксинами, органическими соединениями серы, полимерными отходами, угарным и углекислым газами).

Текущие результаты проекта:
1) Подготовлен аналитический обзор научных литературных и патентных источников по теме проекта, составлен отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96
2) Подготовлено научно-техническое обоснование направления исследований в рамках проекта, составлен экспериментальный план реализации последующих этапов проекта
3) Разработана методика обработки водных дисперсий целлюлозы мощным ультразвуком, выполнена оценка влияния ультразвука на характеристики целлюлозы
4) Разработана методика гидролиза целлюлозы в среде субкритической воды в реакторах высокого давления
5) Разработаны новые катализаторы с определенным размером частиц и определенной морфологией, стехиометрией, большой удельной поверхностью и высокой стабильностью
6) Осуществлен выбор цеолита для синтеза катализаторов
7) Выполнен синтез экспериментальных образцов гидрофильных цеолитов в виде мелких кристаллов для исключения внутридиффузионных торможений
8) Осуществлены модификация структуры цеолитов деалюминированием и заменой алюминия другими металлами (Co, Mn, Mo, Ni) и формирование металлических наночастиц на неорганической основе
9) Выполнено экспериментальное изучение возможности применения полимерных систем на основе СПС для каталитической трансформации метанола в углеводороды
10) Выполнен синтез экспериментальных образцов и проведено тестирование полимерных систем на основе СПС в реакциях каталитической трансформации метанола в углеводороды
11) Выполнена характеризация экспериментальных образцов катализаторов с использованием различных физико-химических методов (XPS, BET, TEM, РФА, ДТГ и ДСК)
12) Проведено тестирование наиболее перспективного катализатора
13) Разработан способ полной регенерации неорганических катализаторов