Разработка научных основ низкоуглеродной технологии получения водорода и графита из углеводородных газов

Объектом исследования являлась технология производства водорода и графита из природного и попутного нефтяного газа путем его термокаталитического разложения. Цель работы – разработка экологически эффективной технологии производства водорода и графита из природного и попутного нефтяного газа. При выполнении настоящей работы для определения преимуществ и недостатков разрабатываемых технологий, их сравнения и анализа использовались экспериментальные и теоретические методы. В ходе выполнения работы получены следующие основные результаты: разработаны и исследованы новые математические модели процесса каталитического пиролиза метана, учитывающие многостадийность его разложения; создана компьютерная программа для расчета многостадийного процесса дегидрирования метана; разработаны новые аналитические и численные методы расчета комплекса процессов в газофазном реакторе (тепловых, газодинамических и электромагнитных); разработаны вычислительные алгоритмы и созданы компьютерные программы для расчета указанных процессов; выполнено теоретическое исследование влияния тепловых, массообменных и газодинамических параметров на процесс каталитического разложения природного газа с помощью разработанных математических моделей; выполнено теоретическое исследование многостадийного процесса дегидрирования метана на разработанной математической модели; исследованы локально-неравновесные процессы индукционного нагрева металла в реакторе генерации водорода; разработана и исследована математическая модель колебаний газа в реакторе пиролиза метана; проведено экспериментально – теоретическое исследование гидродинамики, теплообмена и диффузии газа в барботажных жидкометаллических реакторах производства водорода; проведен анализ формирования динамического пограничного слоя при зависящей от температуры вязкости газа в реакторе пиролиза метана; выполнен расчет тепловой эффективности установки пиролиза метана с газовым нагревом; разработаны экспериментальные установки пиролиза углеводородного сырья в газовой фазе, жидких металлах и эвтектических смесях солей; исследованы методики получения активных и высокоэффективных по массообмену катализаторов пиролиза углеводородных газов; синтезированы лабораторные образцы катализаторов различного типа, используемых при пиролизе углеводородов в газовой фазе, жидких металлах и эвтектических смесях солей; разработана методика, алгоритм и компьютерная программа для многофакторного сравнительного анализа процессов термокаталитического разложения углеводородных газов на стационарном катализаторе, в жидкометаллических расплавах и эвтектических смесях солей. Полученные результаты могут быть использованы как при проведении экспериментальных работ по генерации водорода из метана, так и в ходе конструкторских работ по разработке новых экспериментальных и пилотных реакторов. Применение полученных результатов возможно в области нефтепереработки и нефтехимии. Внедрение результатов возможно при проведении дальнейших экспериментальных работ и масштабировании технологических решений в области пиролиза метана в жидкометаллических, солевых и газовых средах.