Каталитический пиролиз углеводородов: синтез катализаторов, изучение кинетики процесса и математическое моделирование процесса

Проект направлен на развитие каталитических технологий получения H2 методом каталитического пиролиза углеводородов и относится как к практической области подбора эффективных катализаторов пиролиза метана (этана), так и к теоретической области математического моделирования процесса в реакторе, с помощью которого авторы предполагают провести оптимизацию параметров, влияющих на основные показатели процесса: конверсию метана и селективность по водороду и углеродному продукту. Актуальность решаемой задачи связана с тем, что мировое производство водорода непрерывно возрастает в связи с постоянно растущими запросами, а существующие способы получения водорода сопряжены с целым рядом недостатков. Для паровой конверсии метана характерен низкий выход водорода и невысокое качество получаемого продукта, требующего дополнительной очистки от сернистого газа и СО2. Получение водорода высокотемпературным пиролизом углеводородного сырья является достаточно энергозатратным. Применение каталитического пиролиза для получения водорода позволит снизить температуру процесса и обеспечит получение ценного углеродного наноматериала (УНМ) с регулируемой структурой в качестве второго продукта. В ходе выполнения проекта будут синтезированы NiO-CuO/γ-Al2O3 катализаторы методом механохимической активации, проведен скрининг активности разработанных катализаторов в проточном кварцевом реакторе в процессе каталитического пиролиза метана с получением водорода и УНМ. Синтезированные NiO-CuO/γ-Al2O3 катализаторы будут охактеризованы физико-химическими методами. Будут определены условия предварительной активации для наиболее активного образца. С использованием наиболее активного образца будет изучено влияние условий разложения метана и этана (температура, состав смеси) на скорость образования H2 и УНМ. Будет установлена взаимосвязь морфологических и текстурных свойств образующегося углеродного материала от условий каталитического пиролиза углеводородов. Будет построена кинетическая модель пиролиза метана и определены кинетические константы для наиболее эффективного катализатора; будет разработана математическая модель каталитического процесса пиролиза метана в реакторе и проведена оптимизация параметров проводимого процесса. Также будет проведена верификация математической модели путем сопоставления расчетных данных с экспериментальными. По результатам выполнения проекта будут представлены рекомендации по оптимальным параметрам, при которых следует ожидать достижения максимальных значений конверсии метана и селективности по водороду и углеродному продукту. Выполнение проекта позволит создать практический и фундаментальный задел для развития каталитических технологий получения H2 методом каталитического пиролиза углеводородов, что соответствует приоритетному направлению исследований, поддерживаемых Правительством Новосибирской области: “Катализ и научное обеспечение каталитических технологий в целях развития отрасли в Новосибирской области”.