Ученые собрали установку с самым большим
на данный момент реактором, позволяющую с помощью электрических разрядов
перерабатывать тяжелую нефть при низких температурах и без дополнительных
реагентов. В результате получилась смесь газов, использующихся в химической
промышленности, и твердые углеродные наноструктуры, которые содержат элементы,
пригодные для изготовления катализаторов. Результаты исследования,
поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале
Energies.
![1-1 (jpg, 441 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=1b165289-0214-4868-8fe6-00bdd41ac963)
Установка для проведения
плазмохимического пиролиза углеводородов в жидкой фазе. Источник: Евгений
Титов.
Запасы тяжелой нефти составляют 70 % от мировых.
Однако ее переработка сложна из-за высокой плотности и вязкости, большого
количества серосодержащих соединений. Современные методы имеют ряд недостатков:
они требуют высоких температур и давления, большого количества водорода, а
также специального оборудования. При этом для нагрева и поддержания высоких
температур необходимо сжигать существенные объемы углеводородного топлива, что
приводит к значительным выбросам углекислого газа. Этого можно избежать, если
вместо высокотемпературных установок и печей использовать плазменные реакторы.
Они не требуют дорогостоящих катализаторов и водорода, работают на
электроэнергии с атомных и гидроэлектростанций, в ходе их работы не выделяется
CO2. Например, при плазменном пиролизе нефти под действием
электрических разрядов образуются высокореактивные соединения: радикалы и ионы.
Они возбуждают молекулы органических соединений в нефти, в результате чего
запускаются специфические реакции, приводящие к расщеплению крупных молекул на
более мелкие, которые потом могут использоваться во многих химических
процессах. Несмотря на достоинства такой обработки нефти, внедрение этого
метода в промышленность ограничено небольшими размерами реакторов.
Ученые из Нижегородского государственного
технического университета имени Р. Е. Алексеева (Нижний Новгород) собрали
установку для плазменного пиролиза нефти. Она состояла из реактора, системы
управления и регистрации электрических разрядов, а также системы сбора
образующихся газов. Объем реактора составил 300 см3, что в 7,5 раз
больше, чем у предыдущих моделей.
Для проверки работоспособности установки исследователи
использовали мазут, который заливался между двумя электродами. Авторы показали,
что увеличение мощности энергетического воздействия приводит к повышению
производительности, энергоэффективности процесса и выходу газообразных
продуктов, а также влияет на их количество. Так, в ходе процесса выделялись
водород, ацетилен (C2H2), этилен (C2H4),
метан (CH4), а также углеводороды, содержащие от трех до пяти атомов
углерода. Все они широко используются в химической промышленности.
Напряжение 500 В оказалось оптимальным, так как
потребление энергии в этом случае было самым низким, а выход ценных
газообразных углеводородов самым высоким – до 46,5 % от общей массы. Выход
твердофазных продуктов составил 53,5–70,1 %, и среди них ученые обнаружили
неупорядоченный графит и многослойные углеродные нанотрубки, которые могут
использоваться в электронике. Кроме того, твердые продукты содержали атомы
серы, кислорода, ванадия и никеля, что делает эти структуры привлекательными
для использования в промышленности в качестве ускорителей химических реакций.
«В наших дальнейших работах мы будем
пытаться повысить глубину переработки мазута, увеличить производительность и
рентабельность плазмохимического пиролиза. Также мы планируем исследовать
углеродные наноструктуры для использования их в качестве катализаторов и
адсорбентов», – рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом
РНФ, Евгений Титов, кандидат технических наук, ведущий научный
сотрудник Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е.
Алексеева.
Также в исследовании принимали участие ученые из
Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН
(Москва), Курчатовского института (Москва) и Московского физико-технического
института (Долгопрудный).
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.