Исследование процесса каталитического пиролиза природного газа и разработка многофункциональной лаборатории установки пиролиза метана

Объектом исследования является технология каталитического пиролиза природного газа, позволяющая получать метан-водородные смеси. Внедрение технологии позволит решить экологические проблемы загрязнения окружающей среды антропогенными выбросами. Цель работы – разработка научных основ технологии – варианта каталитического пиролиза природного газа (КППГ) с применением наноструктурированных металл-углеродных катализаторов, а также разработка лабораторной установки для испытания процесса. Результаты НИОКР будут использованы при разработке аппаратурного оформления лабораторной установки для испытания процесса каталитического пиролиза природного газа, включая испытания различных вариантов катализаторов и испытания режимных параметров процесса. Полученные результаты позволят достичь уровень разработки УГТ3. В процессе выполнения работ был составлен обзор научно-технической литературы по теме исследования, включающий: аппаратурное оформление традиционных процессов парового риформинга метана, известные в мировой практике процессы КППГ и их аппаратурное оформление, применяемые каталитические системы и конструкции лабораторных испытательных систем для КППГ. Было установлено общее сходство процесса каталитического пиролиза с паровым риформингом метана – широко распространенным промышленным процессом. Однако применяемый в процессе парового риформинга метана реактор со стационарным слоем катализатора не может быть применен для КППГ, ввиду высокой степени сажеобразования. Наиболее подходящими для процесса КППГ являются реактора с псевдоожиженным слоем, позволяющие быстро осуществить загрузку и выгрузку каталитических систем. При разработке концепции применения технологии КППГ в качестве компонента водородной заправки были исследованы термодинамические условия процесса КППГ, получены зависимости режимных параметров процесса от типа применяемых каталитических систем, сформулированы требования к конструкционным материалам аппаратурного оформления процесса, а также требования к разрабатываемой лабораторной установке пиролиза метана. Полученные данные позволили определить условия испытаний в процессе КППГ наноструктурированных металл-углеродных катализаторов, а также стали основой разработки лабораторной установки КППГ. Для создания многофункциональной лабораторной установки пиролиза метана была разработана эскизная конструкторская документация. Основной областью применения разрабатываемой технологии является энергетика. Использование водорода, получаемого в результате каталитического пиролиза метана, будет способствовать существенному снижению антропогенной нагрузки в регионах Российской Федерации, а полученные в результате выполнения НИОКР данные позволят создать научно-технический задел для реализации технологии. Прогнозные предположения о развитии объекта исследований: интерес к водородной энергетике стремительно растет в последние годы, однако для ускорения его внедрения необходимо регулирование на государственном уровне.