ВОДОРОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Отчёт стр. 67, рис. 32, табл. 25, источников 45. Ключевые слова: ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ПИРОЛИЗ МЕТАНА, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ, ГИДРИРОВАНИЕ, ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ, ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТ ВОДОРОДА, ЖИДКИЙ ОРГАНИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ ВОДОРОДА, ДЕГИДРИРОВАНИЕ, ВОДОРОДНАЯ ЕМКОСТЬ, ПОЛИОЛЫ, ЦИКЛИЧЕСКИЕ КЕТАЛИ, SAF, ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ СЫРЬЁ, ЦЕОЛИТЫ. Предыдущие отчеты: 224021600115-6 Водородные технологии для возобновляемых энергоносителей и производства химической продукции (2023 г) 223020202458-0 Водородные технологии для возобновляемых энергоносителей и производства химической продукции (2022 г) Цели работы: - разработка высокоэффективного катализатора пиролиза метана и оптимизация условий пиролиза; - монтирование и испытание блока мембранной очистки пирогаза пирогаза в дополнение к имеющейся установке пиролиза; - разработка способов получения многокомпонентных углеводородных жидких органических носителей (ЖОНВ) из нафтеноароматических фракций (побочных продуктов переработки углеродсодержащего сырья); - получение возобновляемого реактивного топлива методом гидрирования производных биоспиртов. Объекты исследования: Ккатализаторы синтеза водорода каталитическим пиролизом; мембранные газоразделительные модули на основе половолоконных мембран из ПСФ и ПИ для выделения водорода из бинарной смеси с метаном при давлении 10 бар; нафтеноароматические концентраты; производные биоспиртов. Методы исследования: При проведении исследований использовали физико-химические методы анализа: газовая хроматография, высокоэффективнаяжидкостная хроматография, ГХ-МС и др. Основные результаты за 2024 год: 1 Методом гидротермальной карбонизации целлюлозы и методом пропитки по влагоемкости синтезирован ряд катализаторов, испытанных в процессе термокаталитического разложения метана. Установлены оптимальные параметры процесса для достижения максимальной конверсии метана 12 % на образце, полученном пропиткой биоугля сформированного при 250°С. 2. Предложен способ получения ЖОНВ из дешевого и доступного углеродсодержащего сырья – нафтеноароматических концентратов (лёгкого газойля каталитического крекинга, тяжёлой смолы пиролиза и каменноугольной смолы). Исследован углеводородный состав полученных ЖОНВ и определены их основные физико-химические свойства. Рассчитана массовая водородная ёмкость многокомпонентных ЖОНВ. Проведены эксперименты по (де)гидрированию юполученных ЖОНВ в реакторах периодического и непрерывного действия на палладиевом и платиновом катализаторвх. Показана принципиальная возможность получения компонентов зимних и арктических дизельных топлив экологического класса К5 наряду с компонентами ЖОНВ. Для ЖОНВ/ЛГКК был найден оптимальный катализатор дегидрирования с определением практического выхода водорода и качества жидкого продукта. 3. Проведена модернизация установки получения водорода методом каталитического разложения метана для осуществления процесса в псевдоожиженном слое катализатора. Проведено сравнение разработанных ранее композитных никельсодержащих систем на основе поливинилового спирта с катализаторами на основе биоуглей. Достигнут уровень готовности технологии – УГТ3. На первой стадии мембранного разделения полученной бинарной смеси Н2/СН4 варьированием доли отбора удалось сконцентрировать водород до 51 об. %. В случае стационарного реактора водород удалось сконцентрировать до 99 об. % при доле отбора, равной 0,48. 4. Впервые была исследована гидроконверсия 2-этил-2,4диметил-1,3-диоксолана на бифункциональных катализаторах 1%-Pd/BEA-25 и 1%-Pd/BEA-38 с целью получения возобновляемых компонентов авиационных топлив. Показано, что синтезированные керосиновые фракции имеют в своём составе как парафиновую, так и нафтеновую составляющую, что является положительным фактором при их использовании как компонентов авиационного топлива. Показано, что полученные фракции близки по свойствам с топливами Jet-A1 и ТС-1, что свидетельствует о возможности их использования в производстве альтернативных видов топлив из данного типа сырья. Область практического применения Основной областью применения разрабатываемой технологии является водородная энергетика. Использование водорода, получаемого в процессе каталитического разложения метана, будет способствовать улучшению экологической обстановки в регионах Российской Федерации, где внедрение технологии осуществится, а полученные в процессе выполнения натоящей работы данные будут способствовать созданию научно-технического задела для реализации технологии. Внедрение предложенной технологии позволит перейти на водородную энергетику, что снизит антропогенное влияние на окружающую среду. Разработанные и описанные способы получения многокомпонентных углеводородных ЖОНВ из нафтеноароматических фракций – ЛГКК, ТСП и КУС отвечают уровню готовности технологии УГТ-4 и могут лечь в основу промышленных технологий получения углеводородных ЖОНВ или углеводородных топлив. Выявленные закономерности протекания процессов (де)гидрирования многокомпонентных углеводородных ЖОНВ могут быть использованы при создании промышленных технологий применения таких носителей, а также дополняют теоретические знания в этой области. Созданные в рамках работы подходы к характеризации ЖОНВ с использованием двумерной газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХхГХ/МС) и полученные данные могут быть использованы для расширения методической базы в исследовании углеводородных фракций. Применение выбранных нафтеноароматических концентратов (ЛГКК, ТСП и КУС) повышает степень квалифицированного использования углеродсодержащего сырья и тем самым улучшает экологическую ситуацию. Керосиновые фракции, синтезированные посредством гидрирования производных биоспиртов, схожи по свойствам топлив Jet-A1 и ТС-1, что отражает возможность использования такого подхода в производстве альтернативных видов топлив из данного типа сырья.