РЕАКТОРЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕТАНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВОДЯНОГО ПАРА И УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ПРИСУТСТВИИ КАТАЛИЗАТОРОВ С УНИКАЛЬНОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ПРОТОЧНОЙ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЙ

АННОТАЦИЯ

В данной работе результаты сравнения мембранных реакторов, отобранных для каталитического парокарбонатного превращения метана, с контакторами, экстракторами и распределителями при 900^oc. Специфика объясняется мембраной, предназначенной для каталитического превращения метана в присутствии водяного пара и углекислого газа, а также под действием катализаторов.

ABSTRACT

In this paper, the results of comparing membrane reactors selected for the catalytic parocarbonate conversion of methane with contactors, extractors and distributors at 900^oc are presented. The specificity is explained by a membrane designed for the catalytic conversion of methane in the presence of water vapor and carbon dioxide, as well as under the action of catalysts.

Ключевые слова: Интеграл, каталитическая мембрана, водяной пар, углекислый газ, преобразователь, реактор, Контактор, экстрактор и распределитель.

Keywords: Integral, catalytic membrane, water vapor, carbon dioxide, converter, reactor, Contactor, extractor and distributor.

Введение. Применение данного типа мембранного реактора, предназначенного для преобразования метана под действием водяного пара и углекислого газа в присутствии катализаторов, аналогично предыдущему, требует высокой специфичности реакции, поэтому мембрана должна отвечать дополнительным требованиям. При этом, помимо высокой каталитической активности, мембрана обязана обеспечивать узкое распределение времени взаимодействия между исходным (вступающим в реакцию) веществом и активным центром катализатора, что ограничивает только прохождение реакций щеки. То есть мембрана должна иметь упорядоченную пористую микроструктуру. Этот тип мембранного реактора, предназначенный для преобразования метана под действием водяного пара и углекислого газа в присутствии катализаторов, используется в газофазных реакциях. Результаты сравнения мембранных каталитических реакторов, предназначенных для преобразования метана под действием водяного пара и углекислого газа в присутствии катализаторов, с реакторами, предназначенными для преобразования обычного метана под действием водяного пара и углекислого газа в присутствии катализаторов при 900^oC, представлены на рисунке 1[14-15].

Экспериментальная часть. В работе исследованы мембранные катализаторы превращения метана в углекислый газ, мембранные каталитические реакторы, предназначенные для пароуглекислого превращения метана: экстрактор (рис.1-а), контактор (рис. 1-Б) и распределитель (рис. 1-в). Процесс превращения метана в углекислый газ сравнивали с характеристиками их материала при дроблении в реакторе, предназначенном для пароуглекислого превращения метана в мембранных катализаторах в контакторе и распределителе[1-5]. Изменение основных показателей процесса пароуглекислого превращения (риформинга) метана как основных величин процесса каталитического превращения метана в углекислый газ-продуктов, т. е. концентраций компонентов в Газе ИС и водороде, степеней изменения газообразных веществ, вступающих в первоначальную реакцию, и начального (реагирующего) соотношения компонентов смеси газообразного ИС с образующимся водородом.) катализатор с веществом была рассмотрена зависимость времени взаимодействия между активным центром[5,7-10].

Рисунок 1. Результаты сравнения мембранных каталитических реакторов, предназначенных для преобразования пара метана в углекислый газ, с обычным реактором, предназначенным для преобразования пара метана в углекислый газ, при 900­­0⁰c

Результаты и обсуждения

В работе исследованы мембранные катализаторы превращения метана в углекислый газ, мембранные каталитические реакторы, предназначенные для пароуглекислого превращения метана: экстрактор (рис.1-а), контактор (рис. 1-Б) и распределитель[12,13-15] (рис. 1-в).

Рисунок 2. Мембранный реактор, предназначенный для каталитического превращения удельного метана в присутствии водяного пара и углекислого газа, а также под действием катализаторов

Процесс превращения метана в углекислый газ сравнивали с характеристиками их материала при дроблении в реакторе, предназначенном для пароуглекислого превращения метана в мембранных катализаторах в контакторе и распределителе. В качестве основных величин процесса каталитического превращения метана в углекислый газ основными показателями процесса пароуглекислого превращения (риформинга) метана являются изменение продуктов, т. е. концентрации компонентов в Газе ИС и водороде, степени изменения газообразных веществ, вступающих в первоначальную реакцию, и начальные (вступающие в реакцию) соотношения компонентов смеси газообразного ИС с образующимся водородом. катализатор с веществом активен рассматривалась зависимость времени воздействия между центрами[13-14].

Заключение. Как видно из рисунка 1, в реакторах, предназначенных для пароуглекислого превращения метана, все описанные превращения (риформинг) исходных соединений (углекислого газа с метаном) и продуктов т. е. мольное соотношение газообразного ИС и водорода при одинаковых условиях будет иметь разные значения. Наибольшие значения конверсии наблюдаются в контакторе и распределителе, наименьшие –в реакторах, предназначенных для обычного каталитического превращения метана в углекислый газ и пара в углекислый газ. Эти величины различаются почти в несколько раз.

Список литературы:

1. Sun Y., Zhang G., Xu Y., Zhang Y., Yongkang Lv., Zhang R. Comparative study on dry reforming of methane over Co-M (M = Ce, Fe, Zr) catalysts supported on N-doped activated carbon // Fuel Processing Technology. – 2019. – V. 192. – P. 1–12.
2. Salvatore, D.; Berlinguette, C.P. Voltage Matters When Reducing CO₂ in an Electrochemical Flow Cell. ACS Energy Lett. 2019, 5, 215–220.
3. Orella, M.J.; Brown, S.M.; Leonard, M.E.; Román-Leshkov, Y.; Brushett, F.R. A General Technoeconomic Model for Evaluating Emerging Electrolytic Processes. Energy Technol. 2019, 1900994.
4. Halmann M., Steinfeld A. Hydrogen production and CO₂ fixation by flue-gas treatment using methane tri-reforming or coke/coal gasification combined with lime carbonation // Int. J. of Hydrogen Energy. – 2009. – V. 34. – P.  8061–8066.
5. Swirk K., Grzybek T, Motak M. Tri-reforming as a process of CO₂ utilization and a novel concept of energy storage in chemical products // E3S Web of Conferences 14, 02038 (2017). Energy and Fuels, 2016.
6. Song C. Tri-reforming: A New Process Concept for Effective Conversion and Utilization of CO2 in Flue Gas from Electric Power Plants // Am. Chem. Soc. Div. Fuel Chem. Prep. – 2000. –  V. 45(4). – P. 772 – 776.
7. Seifitokaldani, A.; Gabardo, C.M.; Burdyny, T.; Dinh, C.-T.; Edwards, J.P.; Kibria, M.G.; Bushuyev, O.S.; Kelley, S.O.; Sinton, D.; Sargent, E.H. Hydronium-Induced Switching between CO₂ Electroreduction Pathways. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3833–3837.
8. Dinh, C.T.; Burdyny, T.; Kibria, M.G.; Seifitokaldani, A.; Gabardo, C.M.; de Arquer, F.P.G.; Kiani, A.; Edwards, J.P.; De Luna, P.; Bushuyev, O.S.; et al. CO₂ electroreduction to ethylene via hydroxide-mediated copper catalysis at an abrupt interface. Science 2018, 360, 783–787.
9. FN Ibodullayevich NF Farxodovich, ON Rustamovich, NF Sobirovich // Ch4+ co2 mixture mechanism. ACADEMICIA: AN INTERNATIONAL MULTIDISCIPLINARY RESEARCH JOURNAL 2021/1, C 820-822.
10. Геращенко И. О. Эффективный метод получения синтез-газа паровой и пароуглекислотной конверсией метана: Дисс. канд. техн. наук./Российский Государственный университет нефти и газа им. ИМ Губкина //Москва. – 2012.
11. Иванайский Е. А. и др. Использование монооксида углерода при дуговой сварке низколегированных сталей //Ползуновский вестник. – 2019. – №. 3. – С. 107-111.
12. NR Ortiqov //Physical and chemical characteristics of synthesis gas molecular hydrocarbons. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences. 2022, Tom-2, C 866-870.
13. Nurbek Ortikov1* , Normurot Fayzullaev 2 , Davron Hamidov1 , and Firdavsiy Buronov1//Study of methane carbonate conversion process in fixed catalyst layer in different membrane reactors. E3S Web of Conferences 402, 14013 (2023)
14. Ortikov Nurbek; Normurod Fayzullayev; Mansur Musayev; Kholmurod Saidmurodov; Zulfiya Ruziyeva // Dependence of the product yield in the conversion of methane to carbonate on the type of reactor intended for receiving synthesis gas by converting methane. AIP Conf. Proc. 3045, 060043 (2024)
15. Nurbek Ortikov, Normurod Fayzullayev, Yulduz Khidirova, Zulfiya Ruziyeva, Olimjon Panjiyev // Study of the kinetic laws of the conversion reaction of a mixture of water vapor, carbonate anhydrium and methane into synthesis gas. AIP Conf. Proc. 3045, 060044 (2024)