Дизайн композиционных материалов для мультитопливных каталитических горелок

Проект направлен на разработку композиционных материалов для мультитопливных каталитических горелок и определение оптимальных режимов их работы. Одной из наиболее динамично развивающихся отраслей энергетики являются топливные элементы (ТЭ), которые позволяют с высоким КПД преобразовывать энергию химических связей в электрическую даже для компактных и мобильных систем. Для последних актуально использование топлив с высокой энергетической плотностью удобных для хранения и транспортировки, таких как пропан-бутан, метанол, бензин и др. В этом случае топлива сначала подвергаются конверсии в водородсодержащий газ и далее окисляются в ТЭ. Как правило для таких систем невозможно добиться полного окисления топлива в ТЭ, поэтому встает задача окисления таких бедных топливных смесей и рационального использования выделяющейся теплоты. По нашему мнению, наиболее перспективным решением является применение каталитических горелок на основе материалов с высокой теплопроводностью, интегрированных в теплообменник системы подготовки топлива, что позволит использовать выделяющееся тепло на подогрев и/или конверсию топливной смеси. Кроме того, для энергосистем на основе ТЭ существует проблема разогрева и запуска. Одним из вариантов является использование той же самой каталитической горелки в другом режиме работы для окисления непосредственно исходного топлива (пропан-бутана, метанола, бензина и др.) и получения дымовых газов регулируемой температуры. Предъявляемые требования к горелке ставят очень серьезные вызовы к материалу катализатора, который должен обладать: - активностью к окислению различных топлив; - высокой теплопроводностью; - прочностью и термостабильностью в режимах быстрого нагрева и остывания; - низкой температурой зажигания; - электропроводностью для первичного зажигания; - низким гидродинамическим сопротивлением; - возможностью создания катализаторов сложной формы. Названным требованиям соответствуют композитные каталитические системы “структурированная металлическая подложка-структурный оксидный компонент-активный оксид-наночастицы металлы”. Однако, дизайн и приготовление таких систем является сложной мультидисциплинарной задачей. В ходе выполнения настоящего проекта заложены физико-химические основы методов для закрепления каталитического слоя на поверхности металлических структурированных носителей и обеспечения оптимальной структуры каталитического покрытия, включая его пористую структуру и интерфейс металл-активный оксид-структурный компонент. Для выполнения проекта применены современные методы анализа, позволяющие установить связь между активностью каталитического слоя в реакциях глубокого окисления углеводородов и его физико-химическими свойствами.