КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-79-10268
НазваниеРазработка структурированных катализаторов парциального окисления и автотермической конверсии природного газа и попутного нефтяного газа для синтеза метанола и получения водорода
РуководительРогожников Владимир Николаевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук", Новосибирская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2024 - 06.2027 |
Конкурс№98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-403 - Водородная энергетика
Ключевые словаСтруктурированные катализаторы, фехралевые подложки, твердые растворы церий-циркония, парциальное окисление метана
Код ГРНТИ44.31.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Метанол является одним из важнейших крупнотоннажных продуктов органического синтеза, который получают путем переработки синтез-газа при повышенных температурах (200-450 oC) и давлении (до 300 атмосфер) в присутствии катализаторов. Метанол широко применяется в промышленности и используется в производстве различных товаров. Одно из применений метанола - ингибитора гидратообразования в газовой промышленности. Ключевым источником сырья для производства метанола является природный газ (ПГ), из которого синтез-газ можно получать рядом химических процессов: паровая и углекислотная конверсии, парциальное окисление, автотермический риформинг, которые проводят в специальных устройствах – риформерах в присутствие катализаторов. Так же, в качестве источника синтез-газа может выступать и попутный нефтяной газ (ПНГ). Паровая и углекислотная конверсии являются эндотермическими, и поэтому для поддержания процесса необходимо подводить тепло в реактор. Практический интерес представляет экзотермический процесс парциального окисления и термонейтральный процесс автотермической конверсии ПГ и ПНГ в синтез-газ с последующим его превращением в ценные химические продукты – метанол или водород. Преимуществом парциального окисления является отсутствие необходимости подводить, испарять и перегревать воду, и нет необходимости подводить тепло в реактор. Однако в следствие интенсивного выделения тепла во фронтальном слое и снижения температуры по ходу реактора, возникает необходимость перераспределения тепла по длине слоя катализатора. Аналогичные процессы в лобовом слое катализатора протекают и в случае автотермического риформинга. Таким образом возникает проблема, связанная с тем, что для каждой реакции необходимо контролировать тепло- и массоперенос. Для этого хорошо подходят теплопроводящие подложки – материалы на основе металлических сплавов, таких как фехраль, нихром, нифехраль и т.д.
Актуальность проекта заключается в разработке структурированных катализаторов на теплопроводящей подложке из фехралевого сплава и способов получения водородсодержащего газа из ПГ и ПНГ под давлением для дальнейшего синтеза метанола и получения водорода. Проведение реакции под давлением необходимо так как последующие стадии переработки синтез-газа в метанол или его очистки в производстве водорода протекают под давлением. Иначе на следующих стадиях необходимо использовать компрессор и охлаждать газ. Поэтому предлагается совместить по давлению стадии получения синтез-газа и его дальнейшей переработки для снижения стоимости оборудования и затрат на его эксплуатацию при работе под давлением до 50 атмосфер. Предлагаемые подходы для переработки природного газа и попутного нефтяного газа можно отнести к перспективным и развивающимся технологиям газожидкостной конверсии (GTL-технологии). Стоит отметить, что переработка ПНГ до не давних пор представляла собой утилизацию преимущественно путем факельного сгорания, что приводило к существенным потерям ценного углеводородного сырья.
Предлагаемые для проведения реакций парциального окисления и автотермической конверсии природного газа и попутного нефтяного газа катализаторы представляют собой сложный композитный материал со многоуровневой структурой “структурированная металлическая подложка-структурный оксидный компонент-активный оксид-наночастицы металлов или сплавов”, который совмещает в себе функции теплообменника, распределителя потока и катализатора.
Оригинальным и инновационным является подход к разработке катализатора, совмещающий анализ данных о структуре активных центров катализаторов, технологических особенностях проведения процесса и развитии методов получения синтез-газа с заданными характеристиками.
Таким образом, решаемые в рамках проекта задачи, связанны с получением водородсодержащего газа из природного газа и попутного нефтяного газа, являются актуальными в областях рационального использование природных ресурсов и оптимизации производства метанола и водорода.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработаны структурированные катализаторы и предложены эффективные способы получения водородсодержащего газа для дальнейшего синтеза метанола и производства водорода.
Будет разработана методика нанесения на поверхность носителей катализаторов наноразмерных моно- би- и три- металлических частиц активного компонента (Rh, Ru Pt, Pd, Ni и т.д.)
Будет проведен термодинамический расчет для процессов парциального окисления и автотермической конверсии под давлением природного газа и попутного нефтяного газа в синтез-газ.
Будут проведены исследования по определению каталитической активности приготовленных катализаторов в процессе парциального окисления и автотермического риформинга под давлением (в диапазоне 30-50 атм) природного газа и попутного нефтяного газа в синтез-газ.
Будет исследовано влияние модифицирующих добавок щелочно-земельных, щелочных металлов, оксидов редкоземельных элементов, а так же переходных металлов (преимущественно металлов VIII группы) на активность катализаторов в реакции парциального окисления и автотермического риформинга природного газа и попутного нефтяного газа в синтез-газ.
Будет произведен выбор каталитических составов, каждый из которых наилучшим образом будет отвечать за конверсию под давлением в синтез-газ природного газа и попутного нефтяного газа.
Будет исследован процесс зауглероживания катализаторов в процессах парциального окисления и автотермического риформинга природного газа и попутного нефтяного газа в синтез-газ под давлением.
Будет исследован процесс удаления водяным паром и/или кислородом углерода, образовавшегося в ходе парциального окисления окисления и автотермического риформинга природного газа и попутного нефтяного газа под давлением на поверхности катализаторов.
Мировой рост производства и использования метанола указывают на необходимость развития этой индустрии в Российской Федерации. Так же, метанол может рассматриваться в различных концепциях «зеленого» энергоперехода. Кроме того, реализуемое в последние годы развитие водородного транспорта требует большого количества инвестиционных вложений и создания элементов инфраструктурных объектов, не говоря уже о принципиальном изменении парадигмы существующих силовых установок, которая включает в себя ряд крупных промышленных производств. Поэтому возникает острая необходимость в создании и развитии различных технологии производства водорода или водородсодержащего газа, базой для которых является природный газ и попутный нефтяной газ. Разработка такой технологии позволит обеспечить сырьем для синтеза метанола, в том числе и нефте- и газодобывающую отрасль так и водородным топливом для различных транспортные средства, а также и ряд промышленных механизмов (к примеру, строительную технику). Учитывая огромные разведанные запасы природного газа и наличие большого количество не утилизируемого попутного нефтяного газа в Российской Федерации, позволяющие использовать эти углеводороды в качестве исходного сырья для получения метанола, а так же в целом в качестве источника водорода, решение задачи создания технологии получения водородсодержащего газа из природного газа и попутного нефтяного газа является перспективной и обеспечит Российской Федерации доминирующую роль на рынке производства метанола, а так же коммерческого водорода, в том числе в качестве источника питания для разрабатываемых видов транспорта на водороде.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ