Пиролиз воды: Пиролиз углеводородного сырья — Что такое Пиролиз углеводородного сырья?

alexxlab

Водород из метановой плазмы | Наука и жизнь

Поиском энергоэффективных, недорогих и экологически чистых методов получения водорода как нового вида топлива занимаются многие исследовательские организации и технологические компании. Один из методов производства этого газа, на который возлагают большие надежды, — плазменный пиролиз метана, то есть разложение природного газа при высоких температурах в плазме. Источник энергии в этом процессе — сетевая или полученная от возобновляемых источников электроэнергия.

Работа плазмотрона с электрической мощностью 1,4 МВт на метане. В эксперименте струя водорода и сажа сгорают в атмосфере. Фото: АО ГНЦ «Центр Келдыша».

Открыть в полном размере

‹

›

Несомненное преимущество метода перед широко распространённым паровым риформингом метана (см. статью «Где взять водород?») — отсутствие на выходе углекислого газа. То есть процесс пиролиза можно описать реакцией:


Таким образом, в ходе пиролиза образуются лишь водород и высокодисперсный углерод, то есть сажа — весьма ценный продукт.

Сажа используется в резиновой промышленности, для производства бумаги, штемпельной краски, различных сортов лаков, в сельском хозяйстве, дорожном строительстве и других отраслях.

Энергозатраты на плазменный пиролиз метана сравнимы с таковыми для парового риформинга и в три-четыре раза меньше, чем при получении водорода электролизом воды. Однако до сих пор плазменный пиролиз метана в промышленных масштабах не ведут — прежде всего из-за отсутствия мощных и энергоёмких установок.

В АО ГНЦ «Центр Келдыша» («Роскосмос») уже более 40 лет занимаются разработками плазмотронов, используемых для испытания материалов при высоких тепловых нагрузках. В их числе плазмотрон «Звезда», выполненный за эти годы в разных модификациях. Отличительная особенность этих плазмотронов — возможность питания непосредственно от высоковольтных сетей переменного тока, что значительно упрощает систему электропитания по сравнению с плазмотронами постоянного тока. Мощность установок такой конструкции может достигать 30 МВт.

Сотрудники научного центра модифицировали конструкцию плазмотрона для ведения на нём плазменного пиролиза метана, в ходе которого получается газообразный водород и углерод в виде сажи. В декабре 2021 года электродуговой плазмотрон переменного тока мощностью 1,4 МВт прошёл успешное испытание.

Обычно плазменный пиролиз предполагает использование инертного газа: при его ионизации в электрической дуге образуется высокотемпературная плазма, в которой ведут процесс. В плазмотроне, разработанном и испытанном в «Центре Келдыша», метан подаётся непосредственно в дуговые плазменные каналы установки, без использования дополнительного инертного или иного газа. Такая конструкция даёт возможность избегать расходов энергии на подогрев (ионизацию) инертного газа и операцию по его отделению от получаемого водорода.

Использование технологии плазменного пиролиза может осложняться из-за нежелательного отложения сажи на внутренних плазменных каналах, где происходит образование плазменных дуг и непосредственный нагрев газа. Дело в том, что сажа электропроводна, поэтому её отложение на поверхности внутри плазмотрона может приводить к короткому замыканию между электродами и исчезновению электрической дуги. Однако пути решения данной проблемы у сотрудников научного центра есть.

Технологии плазменного пиролиза нацелены на реализацию концепции водородной энергетики и снижения выбросов углекислого газа.

АО ГНЦ «Центр Келдыша»

Технология плазменного пиролиза метана

для получения водорода и ацетилена с использованием плазмотрона переменного тока мегаваттной мощности

Технология плазменного пиролиза метана

Представленные новые технологии использования плазмотронов, разрабатываемые Центром Келдыша, для плазменного пиролиза метана с получением водорода и углерода в твердой фазе либо ацетилена открывают возможности уменьшения «углеродного следа» при различных применениях природного газа как энергоносителя, развития плазмохимии в интересах народного хозяйства. Побочным продуктом плазменного пиролиза метана является сажа, пользующаяся спросом на внутреннем и мировом рынке, коммерческая реализация которой позволяет повысить экономическую эффективность производства водорода.


Преимущества

Технология характеризуется низкой энергоёмкостью (15 квт·час/кг водорода) по сравнению с электролизом воды (около 50квт·час/кг водорода) и отсутствием вредных выбросов (СО, СО2), что не требует дополнительных затрат на их утилизацию, в отличие от метода парового риформинга и некоторых других.


Имеющийся задел

Плазмотроны являются источником высокотемпературного газа (воздух, азот, инертные газы) и предназначены для использования в технологических плазмохимических установках, в том числе для нанесения покрытий, получения порошков и нано-структурированных материалов, переработки промышленных, бытовых и медицинских отходов, научных теплофизических исследований.

В Центре Келдыша накоплен большой опыт создания и использования мощных плазмотронов для испытаний материалов и изделий ракетно-космической техники, отличающихся простой конструкции и технологичностью.

Основные преимущества:

  • Питание от промышленной трехфазной сети, отсутствие дополнительных трансформаторов, выпрямителей и преобразователей частоты;
  • Симметричная нагрузка трехфазной сети;
  • Высокая надежность;
  • Простота и удобство эксплуатации;
  • Модульная конструкция;
  • Однородные распределения температуры и давления газа в выходном сечении сопла.

Для отработки всех стадий процесса и сепарации продуктов пиролиза метана создана малогабаритная установка мощностью 35кВт.

Предлагаемая технология и оборудование могут быть использованы для получения водорода и ацетилена и его последующей транспортировки потребителям.

Размещение у потребителей позволит использовать существующую газотранспортную систему природного газа и существенно сократить издержки на создание систем хранения и транспортировки водорода и ацетилена.

Масштабное производство и потребление водорода в качестве энергоносителя, накопителя энергии и сырьевого компонента промышленных технологий, снижения выброса углекислого газа на сегодняшний день являются необходимыми направлениями улучшения экологии окружающей среды.

Сточные воды пиролиза станут полезными

  • Новостная рассылка
  • Белая бумага
  • Вебинары
  • Новости
  • Управление и автоматизация
  • Инжиниринг
  • Взрывозащита и безопасность
  • Фармацевтика и продукты питания
  • Насосы и компрессоры
  • Темы
  • ПРОЦЕСС
  • Оказание услуг

Редактор: М.А. Манья Вюр

Ожидается, что процессы карбонизации, такие как пиролиз и гидротермальная карбонизация (ГТК), будут играть важную роль в будущих концепциях биопереработки. Однако до настоящего времени серьезной проблемой является следующее: В результате этих процессов образуются сточные воды, содержащие различные опасные для окружающей среды вещества. Исследователи в Потсдаме/Германия, кажется, разгадали это.

Связанные поставщики

EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH Pörner Ingenieurgesellschaft mbH ТРМ Фильтр д.о.о.

ATB Leibniz-Institut f.Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.

HTC-Reactor в биоугольной лаборатории ATB

(Фото: Foltan/ATB)

Потсдам/Германия – Производство материалов и химикатов из возобновляемых ресурсов обычно основано на биологических или термохимических процессах. Последние обладают преимуществом очень высокой скорости реакции. При температуре 250°С и выше быстро разлагаются даже сложные органические соединения, не поддающиеся биологическому разложению, такие как лигнин.

Галерея

Галерея с 5 изображениями

Однако термохимические процессы крайне неселективны по структуре продуктов. Помимо целевых продуктов образуется ряд более или менее проблемных органических соединений. Это снижает выход продукта и вызывает дополнительные затраты на очистку сточных вод.

Биоуголь и синтетический газ

Исследователи младшей исследовательской группы АТВ (Институт сельскохозяйственной инженерии имени Лейбница) APECS в Потсдаме/Германия сосредоточили свое внимание на жидких побочных продуктах термохимической конверсии биомассы. Сюда входят сточные воды от HTC, а также от пиролиза.

Основным продуктом пиролиза и HTC является биоуголь, твердый материал, богатый углеродом и энергией, который можно использовать в качестве топлива, а также для ряда других применений, от улучшения почвы до углеродной электроники. Побочными продуктами пиролиза являются так называемый синтетический газ, который можно использовать в качестве топлива, и конденсат, состоящий из летучих соединений, для которых сегодня не существует удовлетворительного способа использования.

В HTC образуется технологическая жидкость, содержащая широкий спектр органических и минеральных соединений. Таким образом, как сточные воды ГТК, так и пиролизные, требуют эффективной очистки перед сбросом в окружающую среду. В своей последней статье, опубликованной в научном журнале «Bioresource Technology», исследователи из Потсдама сообщают об успешной анаэробной биологической конверсии водорастворимых пироконденсатов в лабораторных условиях.

(ID:43212167)

Пиролиз осадка сточных вод в сверхкритической воде

. 2017 Январь; 59: 371-378.

doi: 10.1016/j.wasman.2016.10.053. Epub 2016 9 ноября.

Вэньчао Ма 1 , Гуйю Ду 1 , Цзянь Ли 1 , Юаньхао Фан 1 , Лиань Хоу 2 , Гуаньи Чен 3 , Деганг Ма 1

Принадлежности

  • 1 Тяньцзиньский инженерный центр газо-нефтяных технологий, работающих на биомассе, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай.
  • 2 Тяньцзиньский инженерный центр газовых/нефтяных технологий на основе биомассы, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; Инженерно-конструкторский и научно-исследовательский институт Второго артиллерийского корпуса, Пекин 100011, Китай.
  • 3 Тяньцзиньский инженерный центр газовых и нефтяных технологий на основе биомассы, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; Научная школа Тибетского университета, Лхаса 850012, Китай. Электронный адрес: [email protected].
  • PMID: 27836517
  • DOI: 10. 1016/j.wasman.2016.10.053

Вэньчао Ма и др. Управление отходами. 2017 Январь

. 2017 Январь; 59: 371-378.

doi: 10.1016/j.wasman.2016.10.053. Epub 2016 9 ноя.

Авторы

Вэньчао Ма 1 , Гуйю Ду 1 , Цзянь Ли 1 , Юаньхао Фан 1 , Лиань Хоу 2 , Гуаньи Чен 3 , Деганг Ма 1

Принадлежности

  • 1 Тяньцзиньский инженерный центр газо-нефтяных технологий, работающих на биомассе, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай.
  • 2 Тяньцзиньский инженерный центр газовых/нефтяных технологий на основе биомассы, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; Инженерно-конструкторский и научно-исследовательский институт Второго артиллерийского корпуса, Пекин 100011, Китай.
  • 3 Тяньцзиньский инженерный центр газовых и нефтяных технологий на основе биомассы, Тяньцзиньская ключевая лаборатория контроля качества воздуха в помещении, Школа экологических наук и инженерии, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай; Научная школа Тибетского университета, Лхаса 850012, Китай. Электронный адрес: [email protected].
  • PMID: 27836517
  • DOI: 10. 1016/j.wasman.2016.10.053

Абстрактный

Осадок городских сточных вод (ОС) с очистных сооружений с высоким содержанием воды (>85 мас.%), приводит к сложности совместного сжигания с ТБО или углем из-за высокой стоимости сушки. В этом исследовании изучается альтернативный метод пиролиза осадка сточных вод (СС) в сверхкритической воде (СКВ) в реакционном сосуде высокого давления. Исследовано влияние температуры и влажности СО на выход и состав продуктов (бионефть, биоуголь и неконденсирующийся газ). Было обнаружено, что температура 385°C и содержание влаги 85 мас.% являются оптимальными условиями для максимального производства бионефти 37,23 мас.% с более высокой теплотворной способностью 31,08 МДж/кг. В оптимальных условиях выходы алифатических углеводородов и фенолов составляли около 290,23 мас.% и 12,51 мас.% соответственно. Физические и химические свойства биоугля были проанализированы с помощью РФА и БЭТ. Результаты ГХ-анализа NCG показали, что он имеет максимальную HHV 13,39 МДж/м 3 при 445°C и содержании влаги 85 мас.%. Приведен путь реакции от SS до бионефти через пиролиз SCW. Кроме того, был рассчитан углеродный баланс для оптимальных условий, и установлено, что 64,27 мас.% содержания углерода перешло из СС в бионефть. Наконец, эта работа демонстрирует, что пиролиз SCW является перспективным методом утилизации SS.

Ключевые слова: Биоуголь; Биомасло; Пиролиз; осадок сточных вод; Сверхкритическая вода.

Copyright © 2016. Опубликовано Elsevier Ltd.

Похожие статьи

  • Комплексная утилизация продуктов пиролиза осадков сточных вод.

    Сюй Вай, Ву Д. Сюй В.Ю. и др. Экологические технологии. 2015 июль-август;36(13-16):1731-44. дои: 10. 1080/09593330.2015.1008584. Epub 2015 16 февраля. Экологические технологии. 2015. PMID: 25609547

  • Характеристика бионефти и биоугля из высокотемпературного пиролиза осадка сточных вод.

    Чен Х., Чжай Ю., Сюй Б., Сян Б., Чжу Л., Цю Л., Лю Х., Ли С., Цзэн Г. Чен Х и др. Экологические технологии. 2015 янв-февраль;36(1-4):470-8. дои: 10.1080/09593330.2014.952343. Epub 2014 28 августа. Экологические технологии. 2015. PMID: 25518986

  • Исследование распределения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в осадках сточных вод и образующихся на их основе пиролизных биомаслах.

    Ху И, Ли Г, Ян М, Пинг С, Рен Дж. Ху Ю и др. Научная общая среда. 2014 1 марта; 473-474: 459-64. doi: 10.1016/j.scitotenv. 2013.12.051. Epub 2013 31 декабря. Научная общая среда. 2014. PMID: 24388824

  • Обработка осадка городских сточных вод в сверхкритической воде: обзор.

    Цянь Л., Ван С., Сюй Д., Го И., Тан С., Ван Л. Цянь Л. и др. Вода Res. 2016 1 февраля; 89: 118-31. doi: 10.1016/j.waters.2015.11.047. Epub 2015 23 ноября. Вода Res. 2016. PMID: 26645649 Рассмотрение.

  • Возможности восстановления металлов и энергии из осадков сточных вод.

    Мулчандани А., Вестерхофф П. Мулчандани А. и др. Биоресурсная технология. 2016 Сентябрь; 215: 215-226. doi: 10.1016/j.biortech.2016.03.075. Epub 2016 15 марта. Биоресурсная технология. 2016. PMID: 27034156 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Биоуголь, приготовленный из сточных вод ферментации кукурузной соломы и мелассы: применение для улучшения почвы.

    Чжоу И, Лю И, Фэн Л, Сюй И, Ду З, Чжан Л. Чжоу Ю и др. RSC Adv. 2020 9 апреля; 10 (25): 14510-14519. doi: 10.1039/d0ra02038a. Электронная коллекция 2020 8 апр. RSC Adv. 2020. PMID: 35497139 Бесплатная статья ЧВК.

  • Использование энергии из отходов, произведенных в Бангладеш: оценка потенциальных технологий.

    Мостаким К., Арефин М.А., Ислам М.Т., Шифулла К.М., Ислам М.А. Мостаким К. и др. Гелион. 2021 окт 19;7(10):e08221. doi: 10.1016/j.heliyon.2021.e08221. электронная коллекция 2021 окт. Гелион. 2021. PMID: 34729441 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Биоконверсия осадка сточных вод в биотопливо: экологические и экономические преимущества.

    Смолиньски А., Карвот Ю.

    No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *