КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 20-69-46041

НазваниеИнтенсификация cухого риформинга метана на тонкопленочных катализаторах методом периодической модуляции электрического поля, концентраций и температуры в низкотемпературной плазме

Руководитель Ребров Евгений Викторович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" , г Санкт-Петербург

Конкурс №46 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (ведущие ученые)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-202 - Теплофизические свойства веществ и материалов, в том числе в экстремальных состояниях

Ключевые слова Углекислотная конверсия метана, низкотемпературная плазма, тонкопленочные катализаторы, вынужденная модуляция

Код ГРНТИ31.17.15; 61.13.15; 61.13.21

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Направление использования метана для производства углеводородов с более длинной углеродной цепью, особенно этилена и пропилена, которые являются строительными блоками современной нефтехимии (производство более 200 млн. тонн в год), является крайне важным в химии. Их текущее производство из метана требует многоэтапного и энергоемкого процесса: производство синтез-газа, синтеза метанола и конверсии метанола в олефины. Прямое преобразование метана в эти олефины с использованием нетепловой плазмы может уменьшить выбросы углерода более чем на 60% и, таким образом, реализовать революционный новый процесс, подходящий, например, для использования больших текущих запасов некондиционного газа или сланцевого газа. (J Kim, MS Abbott, DB Go, JC Hicks, Enhancing C−H Bond Activation of Methane via Temperature-Controlled, Catalyst−Plasma Interactions, ACS Energy Lett. 2016, 1, 94−99). Химическое направление хранения энергии с использованием переработанного CO2 обеспечивает жизнеспособное и устойчивое решение наряду с дополнительным преимуществом снижения выбросов CO2. Реализация реакции углекислотной конверсии метана с использованием возобновляемой энергии, которая в настоящее время не реализуется в больших масштабах, является фундаментальной для обеспечения возможности хранения химической энергии, фундаментальной технологии, позволяющей хранить/ распределять на большом расстоянии возобновляемую энергию, и, таким образом, важной технологией для передачи энергии. Низкотемпературная плазма обладает большим потенциалом для сокращения этапов процесса (снижение энергоемкости и затрат) и значительного уменьшения выброса углерода (повышение энергоэффективности и использование возобновляемой энергии, работа при температуре и давлении, близких к температуре окружающей среды). Однако в настоящее время в промышленных масштабах, основанных на нетепловой плазме, отсутствуют процессы химического синтеза из-за двух ключевых проблем: низкой селективности и низкой энергоэффективности. Моделирование реакции сухого риформинга, основанное на анализе маршрутов реакции и кинетики реакции, прогнозируют повышение энергетической эффективности до 50-60% и лучшую селективность. Для достижения селективности и энергетической эффективности выше 70-80% необходимы специальные катализаторы, способные работать в симбиозе с радикалами и фото- или колебательно- возбужденными частицами, генерируемыми плазмой. Это определяет две дальнейшие проблемы, которые до настоящего времени препятствовали эффективному использованию катализаторов в сочетании с плазмой: i) большое диффузионное расстояние (в современных каталитических плазменных реакторах) между возбужденными (короткоживущими) газофазными частицами и поверхностью катализатора, и ii) современные катализаторы (выбранные из тех, которые активны при более высоких температурах в аналогичных реакциях) не эффективны при низких температурах для контроля селективного превращения этих возбужденных газофазных частиц. Поэтому необходимы принципиально новые подходы. Индуцируя возбужденное состояние в твердых катализаторах для совместной работы с возбужденными короткоживущими видами плазмы, предлагается совершенно новая идея для симбиоза катализатора и плазмы. Предлагаемый проект направлен на решение следующих задач: - Установление закономерностей процессов, протекающих в низкотемпературной плазме на микроразмерных катализаторах в стационарных и неустановившихся условиях. - Определение кинетики и химизма образования промежуточных и конечных продуктов реакции углекислотной конверсии метана в комбинированных условиях плазмо-каталитического превращения при модуляции профиля температуры и концентраций. - Увеличение термодинамической эффективности процесса УКМ выше 70-80% за счет подходов, предлагаемых в исследовании. - Сравнение эффективности применения на микро-размерных катализаторов различных типов для плазмохимического превращений метана в процессе УКМ. Определение влияния физико-химических свойств кталитических материалов для реакции УКМ. В рамках проекта будут изучены возможности использования нелинейной динамики процесса с целью повышения его производительности за счет принудительной периодической модуляции электрического, концентрационного или температурного полей или их комбинаций.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---