Новый метод получения водорода и этилена из природного газа с помощью нанодисперсного катализатора и лазерного излучения
Лазеры в науке 05.05.2021 Комментарии к записи Новый метод получения водорода и этилена из природного газа с помощью нанодисперсного катализатора и лазерного излучения отключеныРазработка рассчитана на 2021-2023 годы, на нее выделен грант РНФ 18 миллионов рублей.
Важность метода состоит в том, что стоимость получаемых продуктов примерно в 8 раз выше, чем стоимость природного газа. Это принципиальное решение для экономики. Сейчас при поддержке Российского научного фонда ученые создают вычислительную модель, необходимую для масштабирования технологии от лабораторного уровня к опытно-демонстрационному.
Метан как основной компонент природного газа транспортируется и потребляется в развитых странах как энергоноситель и химическое сырье. По словам ведущего научного сотрудника института, к.ф.-м.н. Валерия Снытникова, этот относительно дешевый углеводород привлекателен для химической промышленности в плане получения продуктов с высокой добавленной стоимостью, в числе которых водород. Последний необходим и для развития водородной энергетики. Этилен же используется в разных отраслях экономики – от сельского хозяйства до производства полимерной упаковки, это один из самых многотоннажных полупродуктов.
Получение водорода и этилена из метана экономически выгодно по сравнению с экспортом природного газа. Технологии есть, но у них имеется ряд ограничений. Например, при сильном нагревании метана без использования катализаторов ранее получали водород и углерод в виде сажи для производства резины, краски и других продуктов. Но стоимость сажи невысока, потребление ограничено, а достижение высоких температур энергозатратно.
Для активации метана нужны либо температуры свыше 1200 °C, либо высокоактивные катализаторы. Но они действуют на продукты конверсии еще более агрессивно, чем на метан: разлагают его в углерод, и это препятствует их использованию в традиционной форме. Исследователи решили превратить катализатор в нанодисперсную пыль с высокой активностью, а затем обосновали идею получения водорода и этилена из метана с помощью наноразмерных катализаторов и лазерного излучения.
Новая схема в общем такова: лазерное излучение направляют в поток метана, где находятся наночастицы катализатора. Они нагреваются под воздействием лазера даже выше чем 1200 °C, и на них начинает разлагаться метан. Продукты разложения – радикалы – вылетают в холодный окружающий газ, где формируют этан, этилен и водород.
– То есть мы создали двухтемпературную среду, где активация происходит в горячей фазе, а синтез – в «холодной», при температуре 600-800 °C, – рассказал Валерий Снытников. – Мы должны определить зависимости конверсии метана и выходов продуктов от разных параметров: состава и величины наночастиц, температуры среды, числа активных центров разложения метана на поверхности пылинок и других. Полученные данные сведем в вычислительную модель, где будут рассчитываться процессы.
По информации пресс-службы Института катализа СО РАН
