В Самаре разрабатывают технологию получения водорода из попутного нефтяного газа

Поиском экологически чистых методов получения самого энергоемкого и легкого из всех видов топлива занимаются многие исследовательские группы как в России, так и за рубежом. Ученые Самарского государственного технического университета сфокусировались на генерации водорода из попутного нефтяного газа. Проект получил поддержку Инновационного фонда Самарской области.

Возглавляет команду исследователей заведующий кафедрой "Физика", руководитель научно-исследовательского центра "Фундаментальные проблемы теплофизики и  механики", доктор технических наук Игорь Кудинов. По  его словам, только в  России ежегодно 23 миллиарда кубометров попутного нефтяного газа сжигается на  факельных установках, то  есть расходуется впустую и  негативно влияет на  окружающую среду. Задача, которую ставят перед собой политеховцы,  — не  просто использовать его при выработке водорода, но  делать это рационально. Работы ведутся в  лаборатории на  базе кафедры "Газопереработка, водородные и  специальные технологии".

Чтобы вырабатывать водород, ученые намерены подвергать газ пиролизу, то  есть разложению, в  присутствии катализаторов. Реакция также позволит дополнительно получать углерод и  применять его в  химической промышленности, металлургии, медицине и  строительстве.

"Генерация водорода из  природного газа  — это термический процесс: пиролиз метана протекает при нагреве до  определенной температуры. Ввиду низкой теплопроводности газа для его эффективного прогревания нужно, чтобы он  либо двигался с  большими скоростями у  поверхности нагрева, либо чтобы таких поверхностей нагрева в  реакторе было много. И  то, и  другое достаточно сложно осуществить на  практике, для этого требуются компетенции теплофизиков",  — объясняет нетривиальность стоящей перед инноваторами задачи Игорь Кудинов.

Одна из  перспективных технологий, которую развивают в  Самарском политехе,  — пиролиз углеводородного сырья в  жидких металлах. Объединив усилия, ученые создали специальное диспергирующее (распыляющее) устройство, с  помощью которого газ подается в  расплавленный металл в  виде мелких пузырьков. За  счет рассеивания увеличивается поверхность и  время контакта между ними, то  есть вещество лучше прогревается, разлагается и, соответственно, конвертируется.

Результаты первых экспериментов показали, что концентрация водорода на  выходе из  вузовского реактора составляет около 79%, при этом в  обычных реакторах она равна  70%. Однако сотрудники университета считают, что и  это не  предел. Эталон чистоты водорода, к  которому стремятся в  научном сообществе, составляет 99,9%, на  такой показатель нацелены и  ученые Самарского политеха. Для этого в  университете будут использовать гибридные реакторы. Установить их  помогут коллеги из  Московского физико-технического института, специализирующиеся в  области плазмохимической технологии.

"Метан будет предварительно проходить через плазму, в  процессе чего будут образовываться свободные радикалы и  углеродные наночастицы,  — поясняет руководитель научно-исследовательского центра. —  Затем прошедший предварительную обработку газ будет подаваться в  расплавы металлов или солей и  проходить окончательную стадию пиролиза. Это позволит уменьшить энергию активации реакции и  увеличить процентное содержание водорода на  выходе".

Сейчас самарские ученые работают над созданием экспериментальных стендов жидкометаллического пиролиза метана. Аналогов таких установок не  существует. Поскольку термический пиролиз протекает при высоких температурах  — до  1000 градусов, а  водород  — это взрывоопасный газ, такие установки и  используемые в  них материалы должны отвечать особым требованиям. Предполагается, что генерировать водород они смогут без выбросов вредных оксидов углерода в  атмосферу. При этом предлагаемая технология будет не  только экологичной, но  и  гораздо менее затратной, чем существующие  — такие, как, например, электролиз.

"Продуктом пиролиза является не  только водород, но  и  углерод  — это ценное сырье, которое можно использовать в  резиновой промышленности, в  дорожном строительстве, в  фармацевтике,  — перечисляет Игорь Кудинов. —  Кроме того, при пиролизе образуются еще и  кристаллические нанодисперсные частицы углерода. Сейчас пробы таких углеродных отложений находятся в  лаборатории Института органической химии Российской академии наук. Исследования их  структуры сканирующей и  просвечивающей электронной микроскопией показали наличие упорядоченных углеродных нановолокон. Их  извлечение из  общей массы углеродного материала и  использование на  практике будут являться предметом дальнейших исследований сотрудников нашего университета".

В  решении научной проблемы заинтересованы крупнейшие нефтегазовые российские компании, которые могли  бы применять пиролиз не  природного, а  попутного нефтяного газа, чтобы не  сжигать  его. Подписан договор о  научном сотрудничестве между Самарским политехом и  Новосибирским государственным техническим университетом. Самарцы будут испытывать катализаторы новосибирских коллег на  своих стендах пиролиза в  газовой фазе, жидких металлах и  плазме тлеющего разряда.

Андрей Ленин