Казанские ученые усовершенствовали процесс получения водорода
Специалисты Федерального исследовательского центра Казанского научного центра РАН (ФИЦ КазНЦ РАН) совместно с китайскими коллегами разработали усовершенствованный процесс получения водорода из метана и сероводорода. Инновация реализована за счет создания и применения нового молибденсодержащего катализатора на подложке Al2O3, а также раскрытия механизма реакции сероводород-метанового риформинга (СВМР) на его поверхности.
В настоящее время большая часть промышленного водорода производится методом каталитического парового риформинга (КПР) — паровой конверсии метана. Принципиальным недостатком процесса КПР является значительная эмиссия углекислого газа, образующегося как в ходе протекания самой реакции, так и при сжигании метана.
Более экологичной, низкоуглеродной технологией является получение водорода из метана (СН4) и сероводорода (Н2S) — каталитический сероводород-метановый риформинг (СВМР), при котором продуктами реакции являются газообразный водород (H2) и сероуглерод (CS2). В ходе такой реакции не происходит образования нежелательного углекислого газа. В тоже время образующийся сероуглерод является ценным химическим сырьем: он широко используется в фармацевтике и при получении пестицидов. Кроме того, переработка сероводорода и метана путем СВМР может осуществляться непосредственно на газовом месторождении из добываемого сырья без предварительного отделения сероводорода.
Несмотря на то, что СВМР как способ получения газообразного водорода представляет собой экологически и экономически более привлекательную альтернативу каталитическому паровому риформингу, в научных кругах отсутствует консенсус относительно его механизма, в связи с чем изучение этого процесса является актуальной задачей.
Ученые ФИЦ КазНЦ РАН исследовали процесс СВМР с использованием молибденсульфидного катализатора на подложке Al2O3 и впервые выявили образование в ходе химической реакции промежуточного соединения — интермедиата CH3S*. Авторы описали механизм реакции с его участием, согласно которому метан активируется частицами серы, расположенными на поверхности катализатора, с образованием CH3S*. Именно этот путь приводит к минимизации формирования радикалов СН3*, диссоциация которых приводит к формированию отложений кокса на поверхности катализатора. Установленный механизм реакции объясняет повышенную устойчивость катализатора вследствие снижения отложений углерода.
По оценкам исследователей, полученные данные вносят существенный вклад в понимание механизма СВМР и служат фундаментом для дальнейших исследований, приближающих промышленное внедрение технологии получения водорода путем сероводород-метанового риформинга.
Исследование проведено в рамках крупного научного проекта «Экология промышленных городов: создание единого комплекса нестандартных научно-технологических решений для мониторинга окружающей среды, нейтрализации и последующей глубокой переработки промышленных и бытовых отходов» при поддержке Минобрнауки России.