Kompaktowy reaktor do produkcji gazu syntezowego

Reaktor do produkcji gazu syntezowego/Foto: Władimir Arutjunow

Rosjanie opracowali mały, kompaktowy reaktor służący do produkcji gazu syntezowego z gazu ziemnego, a szczególnie gazu łupkowego. Zbudowany przez naukowców z Rosyjskiej Akademii Nauk reaktor demonstracyjny jest w stanie przetwarzać 8 m. sześc. gazu w ciągu godziny. Swoje zainteresowanie urządzeniem wyrazili pierwsi przestawiciele przemysłu. Działanie reaktora opisano w czasopiśmie „Industrial & Engineering Chemistry Research".

Szczelinowanie hydrauliczne, podczas którego otrzymuje się gaz łupkowy, stało się bardzo ważnym procesem. Otrzymany gaz służy nie tylko jako paliwo, ale również jako surowiec do produkcji gazu syntezowego, czyli mieszaniny wodoru i tlenku węgla(I), która jest materiałem wyjściowym do produkcji wielu surowców chemicznych. Ze względu na stosunkowo małe ilości gazu, jakie się otrzymuje z gazu łupkowego w miejscu wydobycia, to nie opłaca się budować tam reaktorów do produkcji gazu syntezowego.

W trakcie reformingu parowego metan w kontakcie z katalizatorem niklowym reaguje z parą wodną w wysokiej temperaturze tworząc wodór i tlenek węgla(I). Na dzień dzisiejszy reforming parowy gazu ziemnego jest najpopularniejszą i najtańszą metodą produkcji wodoru. Jego wadą jest to, że bardzo trudno zbudować reaktor do reformingu parowego o małych rozmiarach, ponieważ do jego działania potrzebne jest zewnętrzne źródło ciepła, które wytwarza parę wodną.

Władimir Arutjunow wraz ze współpracownikami z Rosyjskiej Akademii Nauk w Moskwie znaleźli sposób na ominięcie problemu zewnętrznego źródła ciepła. Reaktor zbudowano z płyt z porowatej ceramiki, budując z nich dno i boki prostopadłościanu. Mieszanina gazu ziemnego i tlenu przechodzi przez pory ceramiki do wnętrza reaktora. Gdy mieszanina zostaje zapalona pali się nad powierzchnią płyt bezpłomieniowo. Płyty rozgrzewają się do czerwoności, dzięki ograniczeniu ilości tlenu do 40 proc. zapotrzebowania do pełnego spalania naukowcom udało się uzyskać konwersję do wodoru i tlenku węgla(I). Proces nie wymaga użycia pary wodnej, wysokiej temperatury czy katalizatora.

W odróżnieniu od innych reaktorów reformingu nowy reaktor nie produkuje sadzy, którą trzeba zwykle usuwać, gdy gaz syntezowy ma być surowcem chemicznym. W opisanym reaktorze spalanie zachodzi o wiele szybciej niż tworzy się sadza – komentuje Arutyunow. Naukowcy zwiększyli wydajność reaktora poprzez użycie ciepła powstałego gazu syntezowego (temp. ok. 1000 st. C) do wstępnego podgrzania mieszaniny metan-tlen, co redukuje ilość tlenu potrzebnego do reakcji.

Rosyjscy naukowcy są przekonani o dużej trwałości reaktora, ponieważ podczas eksperymentów nie zauważyli jakiejkolwiek degradacji materiałów reaktora po kilkudziesieciu godzinach pracy. Do szerszego zastosowania tego reaktora potrzebne jest jeszcze rozwiązanie problemu dużej, ok. 6 proc., zawartości nieprzereagowanego metanu – w idealnym procesie ta wartość powinna być dużo mniejsza niż 1 proc.

(pj)