ВОДОРОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Выполнен анализ современной научной, научно-технической, патентной, нормативной, методической литературы по существующим катализаторам и технологиям получения компонентов авиатоплива из возобновляемых источников сырья. Освещены основные способы получения компонентов возобновляемых авиационных топлив из биоспиртов (этанол, бутиловые спирты) и других компонентов возобновляемого сырья (фурфурол, левулиновая кислота). Представлены сведения о применяемых схемах каталитических процессов, условиях протекания реакция и используемых катализаторах, а также о составе получаемых компонентов реактивных топлив. Приведен краткий обзор научной литературы с охватом последних 15 лет по вопросу процессов гидрогенолиза глицерина с получением пропиленгликоля и пропиловых спиртов. Представлены данные по типам применяемых катализаторов и реакционных аппаратов, а также условиям реакции получения пропиленгликоля и пропиловых спиртов. На основе обзора литературы сформулированы основные задачи, объекты и методы экспериментального исследования процесса гидрогенолиза глицерина. Обоснован выбор гетерогенных катализаторов неподвижного слоя на основе оксидов Cu, Zn, Al/Cr в качестве исследуемых катализаторов для гидрогенолиза глицерина. Представлены сведения о разработанном для реализации задачи методе количественного анализа реакционных смесей процесса гидрогенолиза глицерина и разработана схема разделения и очистки с выделением продуктов реакции. На основании обзора научно-технической литературы по теме исследования, включающего исследования процесса каталитического пиролиза метана, применяемых каталитических систем и конструкции лабораторных испытательных систем, были сформулированы требования к составу каталитических систем, конструкции лабораторного реактора и условий проведения каталитического процесса. Для мембранной очистки продуктового водорода от компонентов газовой смеси, образующейся в ходе каталитического разложения метана, были выбраны полимерные мембранные материалы на основе полиэфиримидов и полиэфирсульфонов ввиду сочетания высоких транспортных, разделительных и эксплуатационных характеристик. Были разработаны методические основы получения ассиметричных и композиционных мембран на основе полиэфирэмидов и полиэфирсульфонов, а также рекомендации по созданию мембранного модуля для выделения водорода из пирогаза. Выявлены основные необходимые методы исследования совокупности свойств мембранных материалов и мембран, позволяющих разработать и изготовить образцы с наилучшими характеристиками для получения продуктового водорода высокой чистоты. Представлены результаты экспериментального исследования по получению жидких органических носителей водорода (ЖОНВ) из лёгкого газойля каталитического крекинга (ЛГКК) и тяжёлой смолы пиролиза (ТСП) путем гидрогенизационной переработки и ректификации. Осуществлены исследование углеводородного состава полученных ЖОНВ с помощью метода ГХхГХ/МС и определение их основных физико-химических свойств (плотность, фракционный состав, кинематическая вязкость, температура вспышки, низкотемпературные свойства). Произведен расчёт массовой водородной ёмкости многокомпонентных ЖОНВ на основе их углеводородного состава. Описаны эксперименты по дегидрированию и повторному гидрированию полученных ЖОНВ в реакторах периодического и непрерывного действия на промышленном палладиевом катализаторе с определением закономерностей изменения углеводородного состава ЖОНВ. Результатами исследований по гидрогенизации ЛГКК с получением ЖОНВ установлены основные закономерности процесса гидрооблагораживания ЛГКК и его фракций (температура реакции 340-380°С, давление водорода 6-9 МПа, NiMoAl катализатор) и показана принципиальная возможность получения компонентов зимних и арктических дизельных топлив экологического класса К5 наряду с компонентами ЖОНВ.