Центр прировдохновленного инжиниринга ТюмГУ, Институт катализа им. Г.К. Борескова и компания «Союзгазтехнология» создают катализаторы.
Исследователи работают в рамках природовдохновленного инжиниринга, о котором мы рассказывали в нашей предыдущей статье.
Ученые отмечают, что два направления совместных исследований имеют особое значение для тюменского региона👇
О направлениях
- Первое – переработка газового конденсата 💨
Так называется побочный продукт, который получают при добыче природного газа.
Планируется превратить часть компонентов такого конденсата в водород, а затем обработать этим водородом оставшуюся часть конденсата, получив метан. Метан можно вернуть в газопровод и транспортировать с основным потоком природного газа.
- Вторая задача – переработка попутного нефтяного газа 💦
Она в некотором смысле обратна предыдущей: если в первом случае получают газообразный продукт из жидкого, то здесь нужно из газа получить жидкость. Это можно сделать с помощью каталитического процесса, результат которого – углеводороды, в том числе топливной фракции.
Они подлежат транспортировке с удаленных мест нефтедобычи «на большую землю» по нефтепроводам или обычным транспортом. Такие продукты используются и на месте – в качестве автомобильного топлива.
Решение только этих двух задач позволит потушить факелы, на которых сейчас сжигаются отходы. Это чрезвычайно важно как с точки зрения дополнительной выработки ценного углеводородного сырья, так и для защиты окружающей среды.
Ученые отмечают, что фактически сжигание газового конденсата и попутного нефтяного газа – две ключевые и наиболее актуальные экологические проблемы в нефтегазовой сфере России.
Зачем нужны катализаторы
Все упомянутые выше химические процессы принципиально осуществляются с помощью катализаторов – они обеспечивают эффективное протекание целевых химических превращений.
Исследователи предлагают использовать катализаторы нового поколения. Они созданы на основе структурированных микроволокнистых носителей, отличающихся высокой активностью в нужных химических реакциях, интенсивным массообменом, низким гидравлическим сопротивлением и высокой теплопроводностью.
Причем тут природа 😒
Ученые признаются, они подсмотрели у природы, как организован лист у растений 🍃
В нем есть микроскопические клетки, соединенные микроканалами для транспорта воды. Эти микроканалы объединяются в более крупные, те – в целые артерии. Весь лист четко структурирован на разных масштабных уровнях – от микронов до сантиметров, что позволяет ему эффективно выполнять функции: поглощать свет, вырабатывать биомассу, используя воду, и сохранять устойчивость к ветру, жаре, холоду и прочим природным воздействиям.
Исследователи использовали идею такого же многоуровневого структурирования и получили иерархический комплекс: от активных центров катализатора, измеряемых в нанометрах, до микронных микроволокон, миллиметровых нитей, тканей, и, наконец, конструкции реактора, размер которого может достигать нескольких метров.
В таком катализаторе хорошо работают активные компоненты, эффективно осуществляется транспорт реагентов и обеспечивается нужная интенсивность теплообмена. При этом он гибкий, прочный, устойчивый к механическим и температурным нагрузкам, стабильный при эксплуатации.
Где еще могу применяться такие катализаторы?
Например, их можно использовать для решения природоохранных задач – для очистки от токсичных органических примесей отходящих газов предприятий.
Что еще природовдохновленное?
Предложенный учеными новый метод синтеза катализаторов 👐
Он основан на использовании осаждения активного компонента на поверхность катализатора из мелкодисперсного тумана – капель микронного и субмикронного размера. Ученые назвали такое нанесение «каталитической росой» – именно так выпадает роса на листьях рано утром.
Оказалось, что добытый таким способом катализатор намного эффективнее традиционного, получаемого обычной пропиткой носителя раствором активного компонента. При этом количество активного компонента можно снизить в три-четыре раза без ухудшения качества катализатора в целом. Учитывая, что в качестве активного компонента часто используются благородные металлы (например, платина), разница весьма заметно снижает себестоимость 💰
Статья подготовлена на основе интервью научного руководителя Центра природовдохновленного инжиниринга ТюмГУ, доктора технических наук Андрея Загоруйко.