Структурированные микроволокнистые катализаторы новых геометрических форм и сорбционно-каталитические процессы одностадийного производства водорода на их основе

Актуальной задачей в области водородной энергетики является производство водорода из углеводородного и органического сырья, в том числе углеводородных отходов и нетрадиционных типов сырья, для нужд химической промышленности и экологически чистой энергетики. Важным фактором в этой области является использование природного газа или возобновляемых органических топлив, таких как биоэтанол. Главными критериями успешной технологии производства водорода являются низкие капитальные и энергетические затраты, высокая чистота водорода, особенно в отношении оксидов углерода. Технологический прорыв в этой сфере может быть достигнут за счет применения сорбционно-каталитического подхода, в котором сорбция диоксида углерода непосредственно в зоне реакции позволяет обеспечить эффективный сдвиг равновесия в сторону образования водорода и таким образом получать практически чистый водород с минимальным содержанием оксидов углерода в одну технологическую стадию. Наиболее эффективным вариантом такой технологии является процесс с регенерацией хемосорбента в суперадиабатической тепловой волне. Однако, при реализации этого процесса на традиционных гранулированных катализаторах и хемосорбентах возникает ряд существенных проблем, негативно влияющих на эффективность технологии: сложности равномерного распределения гранул катализатора и сорбента по объему слоя, низкая эффективность тепло- и массообмена в таких комбинированных слоях, непригодность традиционных катализаторов парового риформинга для осуществления реакций глубокого окисления. Существенный прогресс в этой области может быть достигнут за счет применения микроволокнистых катализаторов новых геометрических форм с многоуровневым пространственным структурированием. Главным достоинством таких каталитических систем является возможность формирования структурированных картриджей, обладающих уникально высоким соотношением интенсивности массообмена к удельному гидравлическому сопротивлению. Такие катализаторы оригинальны, не имеют зарубежных аналогов и обладают высоким потенциалом, как в области импортозамещения в стратегически важных сферах, так и в сфере развития высокотехнологичного экспорта. Их применение позволит создавать новые типы хемосорбционно-каталитических структур, включающих комбинации микроволокнистого катализатора с микроволокнистым хемосорбентом, которые будут отличаться высокой пространственной однородностью, высокой эффективностью тепло- и массообмена, кроме того, катализатор может быть адаптирован к проведению как реакции получения водорода, так и реакции глубокого окисления топлив в цикле регенерации сорбента. Это позволит создавать компактные реактора для производства водорода, которые могут быть применены для производства водорода для применения в малой и средней экологически чистой энергетике. В качестве сырья могут использоваться как традиционные углеводородные топлива, так и углеводородные отходы (попутный нефтяной газ, газовый конденсат, факельные газы), а также органические отходы и возобновляемые топлива (например, биоэтанол).