Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ технологии получения очищенного и ультрачистого водорода из биоспиртов

Номер контракта: 14.607.21.0033

Руководитель: Цодиков Марк Вениаминович

Должность руководителя: Заведующий лабораторией

Докладчик: Федотов Алексей Станиславович, старший научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
мембранно-каталитический конвертер, наноразмерные моно- и биметаллические активные компоненты, биоспирты, продукты ферментации, протонпроводящие мембраны, паровой риформинг, водород, монооксид углерода, топливные элементы

Цель проекта:
Разработка научных основ технологии получения очищенного и ультрачистого водорода с использованием гибридного мембранно-каталитического реактора.

Основные планируемые результаты проекта:
Получение водорода и синтез-газа относится к числу приоритетных задач современной энергетики и основного органического синтеза. Особое внимание уделяется разработке эффективных процессов переработки природного, попутного и отходящих промышленных газов, а также биогаза, этанола и продуктов ферментации. В этом направлении весьма актуальны исследования в области газофазных гетерогенно-каталитических реакций в пористых мембранных реакторах, в которых, по сравнению с традиционными реакторами с насыпным слоем катализатора, значительно улучшен массо- и теплообмен, обеспечивающий интенсификацию протекания процессов, а селективный отвод водорода из зоны реакции на водородселективном Pd-содержащем элементе гибридного мембранно-каталитического реактора позволяет смещать равновесие протекающих процессов в область пониженных температур и получать одновременно с синтез-газом ультрачистый водород, использующийся для работы топливных элементов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Будут разработаны фундаментальные основы технологии получения очищенного и ультрачистого водорода с использованием гибридного мембранно-каталитического реактора, в котором пористый керамический каталитический конвертер высокоскоростной конверсии органических субстратов в синтез-газ совмещён с водородселективным Pd-содержащим мембранным элементом.
На данный момент, в мировой научной и производственной практике аналогов разрабатываемой нами мембранно-каталитической технологии конверсии органических субстратов не существует. Традиционно в процессах получения синтез-гада и водорода используются проточные реакторы с насыпным слоем катализатора. Мембранные системы, как правило, используются только на стадии разделения продуктов реакции. Такой подход не позволяет достигать высокой производительности по водородсодержащему газу при умеренных температурах, что может быть достигнуто в случае использования гибридного мембранно-каталитического реактора.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В перспективе потенциальными потребителями разрабатываемой технологии могут стать нефтехимические предприятия, использующие в своём промышленном цикле синтез-газ и водород (синтез метанола, оксосинтез, синтез Фишера-Тропша), а также мобильные энергетические комплексы, работающие на топливных элементах всех типов. Таким образом, это позволит создавать малогабаритные производства и электростанции, способные обеспечить необходимыми ресурсами удалённые населённые пункты и объекты инфраструктуры.

Текущие результаты проекта:
Разработаны оригинальные пористые керамические мембранно-каталитические Ni-Co-содержащие конвертеры (МКК) высокоскоростного углекислотного и парового риформинга органических субстратов в синтез-газ. Обнаружен синергетический эффект возрастания каталитической активности на МКК состава Ni-Co (50-50%). Показано, что на образцах такого состава производительность по синтез газу в более чем в 2 раза превышает значения для конвертеров другого соотношения компонентов и достигает в процессе углекислотного риформинга метана 85 000 л/ч*дм3. Обнаружено, что исчерпывающая конверсия спиртосодержащих субстратов достигается при температуре 400 С и достигает 150 000 л/ч*дм3. Изучена последовательность протекания реакций в процессах углекислотного риформинга метана и этанола. Установлено, что риформинг этанола протекает через стадию образования ацетальдегида. Структурными методами анализа обнаружено, что в процессе спекания материала конвертера, происходит сегрегация алюминия, содержащегося в исходной никелевой шихте в количестве 5%, с последующим восстановлением оксида кобальта, что приводит к образованию наноразмерных частиц (10 нм) никель-кобальтовых сплавов, закреплённых на поверхности гамма-Al2O3, вероятно являющихся причиной высокой каталитической активности мембранных материалов. Показана возможность исчерпывающей конверсии углеводородов С1-С4 в синтез-газа, а также возможность глубокой очистки сточных вод процесса Фишера-Тропша. Разработан гибридный мембранно-каталитический реактор, в котором пористый керамический МКК совмещён с Pd-содержащим мембранным элементом, селективным по водороду. Реактор такого типа будет использован в работе по данному Соглашению с целью одновременного получения синтез-газа и ультрачистого водорода, необходимого, для питания топливных элементов.