Реферат: Топливно-энергетический комплекс, представляющий собой систему добычи и производства топлива и энергии, их транспортировки, распределения и использования, – один из основных источников загрязнения окружающей среды. Считается, что глобальное потепление, вызванное деятельностью человека, на четверть обусловлено выбросами метана. Сокращение выбросов метана – возможность не только улучшить качество воздуха и противодействовать изменению климата в краткосрочной перспективе, но и рационально использовать это углеводородное сырье. Эффективными мерами сокращения эмиссии метана является улавливание и утилизация метана, выделяющегося при дегазации угольных пластов и добыче угля, а также метана на выведенных из эксплуатации угольных шахтах. В качестве рациональных вариантов переработки угольного метана рассматривают процессы окислительного риформинга метана, целевым продуктом которых служит водородсодержащий газ [1–3]. Цель данного исследования – разработка научных основ технологии комплексной переработки угольного метана в полезные химические продукты. В основе процесса переработки угольного метана использовался каталитический три-риформинг метана (ТРМ) – процесс, сочетающий паровой риформинг метана, сухой риформинг метана и парциальное окисление метана и позволяющий получать синтез-газ из метановоздушной смеси переменного состава: 3CH4 + 0.5O2 + H2O + CO2 → 4CO + 7H2 Реакцию ТРМ проводили в присутствии нанесенных на оксид алюминия никелевых катализаторов в проточном кварцевом реакторе при атмосферном давлении, объемной скорости потока 24000 ч-1, температуре 150–850оС и варьировании концентрации метана, соответствующей определенному этапу угольного производства:  1 об. % – метан, содержащийся в вентиляционном воздухе подземных шахт (вентиляционный метан, Ventilation Air Methane, VAM);  30 и 50 об. % – метан из угольных шахт, извлекаемый за счет попутной дегазации (шахтный метан, Coal Mine Methane, CMM-1 и СММ-2 ).  70 об. % – метан из закрытых угольных шахт (Abandoned Mine Methane, АММ). Установлен характер влияния состава угольного метана на его конверсию и состав получаемых продуктов в процессе каталитического три-риформинга. Определены температурная и временная зависимости конверсии сырья и выхода продуктов. Показано, что конверсия метана увеличивается с ростом мольного соотношения O/C (0.18→41.8) в исходной смеси и при 700оС составляет 26, 42, 84 и 92% для угольного метана типа AMM, СММ-2, СММ-1 и VAM, соответственно. Добавление окислителей (CO2+H2O) в высококонцентрированную по метану смесь приводит к значительному увеличению конверсии метана (39→91%), выхода водорода (48→81%) и стабильности этих показателей во времени за счет оптимизации мольного соотношения О/С (0.42→1.3). Исследована стабильность работы катализаторов, выполнен сопоставительный анализ физико-химических свойств исходных и отработанных катализаторов и выявлен характер зависимости степени дезактивации от мольного соотношения компонентов реакционной смеси. Установлено, что для исследуемых составов угольного метана степень дезактивации составляет не более 5%, за исключением смеси типа CMM-2, отличающейся низким мольным соотношением O/C равным 0.4. Выявлено, что мольное соотношение O/C, зависящее от концентрационных особенностей состава угольного метана, влияет на степень и причины дезактивации: при O/C > 1.3 (тип смеси VAM) основным фактором является процесс спекания; при O/C < 0.5 (тип смеси СММ-2, АММ) – зауглероживание; при 0.5 < O/C < 1.3 (тип смеси СММ-1) реализуются оба фактора, но достигается более высокая устойчивость каталитических систем к спеканию и зауглероживанию. Результаты каталитических испытаний сопоставлены с данными термодинамического анализа и проведена оптимизация условий процесса. Определено, что выход водорода максимален (96%) при мольном соотношении O/C равном 1.1, а его концентрация в продуктах реакции достигает 40 об. %. Утилизация шахтного метана с использованием предлагаемой каталитической технологии решает ряд важных задач, связанных с сохранением природных ресурсов, охраной окружающей среды и безопасностью угольных шахт, что является залогом устойчивого развития.

Библиографическая ссылка: Матус Е.В. , Сальников А.В. , Тайлаков О.В. , Хайрулин С.Р.
Каталитическая переработка угольного метана в водородсодержащий газ
В сборнике РОСКАТАЛИЗ. V Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов (21-26 апреля 2025 г., Санкт-Петербург, Россия). – ИК СО РАН., 2025. – C.191-192. – ISBN 978-5-906376-59-6. РИНЦ

Даты:

Опубликована online:

1 июн. 2025 г.

Идентификаторы БД:

РИНЦ:

82371592

Цитирование в БД: Пока нет цитирований