Команда ученых Самарского политеха создаёт новые экологичные и энергоэффективные технологии получения водорода и метано-водородных смесей.
Пиролиз метана
Генерация водорода проходит на основе пиролиза природного газа в расплавах металлов.
Сотрудники Самарского государственного технического университета (Самарский политех, СамГТУ) – специалисты кафедры «Газопереработка, водородные и специальные технологии» (ГВСТ) и Научно-исследовательского центра «Фундаментальные проблемы теплофизики и механики» (НИЦ ФПТиМ) – провели теоретические и экспериментальные исследования гидродинамики, теплообмена и диффузии при пиролизе метана (природный газ) в слое расплавленного олова. Результаты последних исследований опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.138).
При нагревании метана до высоких температур (более 1000 °C) происходит его разложение (пиролиз) на водород и наночастицы углерода, обладающие уникальными физико-химическими свойствами. Среди существующих способов разложения метана наиболее энергоэффективным является его нагрев путем пропускания через слой расплавленного металла, осуществляемого в реакторах. Данный способ экологичен, так как не производит выбросов в атмосферу углекислого газа.
Реакторы представляют вертикально-цилиндрические конструкции, заполненные расплавленным металлом, в нижней части которых находится сопло для подачи метана, – поясняет доктор технических наук, профессор, директор НИЦ ФПТиМ Игорь Кудинов. – При проектировании реактора необходимо обратить особое внимание на его высоту и объём, чтобы метан, проходя через слой расплавленного металла, нагревался до температуры пиролиза и полностью разлагался. При этом следует определять концентрацию и скорость движения метана, а также температуру и давление смеси метана с оловом по всей высоте реактора. То есть необходимо решать задачу взаимосвязанного тепломассопереноса.
Кроме этого, сотрудники кафедры «Газоперерботка, водородные и специальные технологии» выполнили экспериментальное исследование пиролиза метана через слой расплавленного олова на специально изготовленном экспериментальном стенде.
Во время проведения эксперимента на поверхности олова образовывалось большое количество сажи, которую невозможно было удалить из тигеля реактора вместе с отводимым из установки газом, – отмечает доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой ГВСТ Андрей Пименов. – Мы разработали специальное устройство, которое позволит контролировать уровень расплавленного металла в реакторе и будет непрерывно удалять твердые углеродные частицы.
Научно-исследовательская работа выполнялась в рамках гранта «Разработка научных основ технологии и конструирования оборудования генерации водорода для производства метано-водородной смеси и нужд водородной энергетики» Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям научно-технического комплекса России на 2014 – 2020 гг.»