Повышение содержания метана в биогазе путем гидрирования CO2 в прототипе реактора с двойным проходом через оптимизированный Ni

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9342 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Повышение содержания метана в биогазе путем гидрирования CO2 в настоящее время признано многообещающим путем эффективного полного использования возобновляемого биогаза с потенциальными преимуществами для хранения возобновляемой водородной энергии и сокращения выбросов парниковых газов. В качестве основного компонента биогаза CO2 может выступать в качестве основы для образования дополнительного CH4 путем гидрирования, что приводит к образованию большего количества биометана. В данной работе процесс модернизации был исследован в прототипе реактора двухпроходного действия с вертикальным выравниванием с использованием оптимизированного катализатора Ni-Ce/Al-MCM-41. Результаты экспериментов показывают, что операция двойного прохода, которая удаляет водяной пар во время работы, может значительно увеличить конверсию CO2, что приводит к более высокому выходу производства CH4. В результате чистота биометана выросла на 15% выше, чем за один проход. Кроме того, проводился поиск оптимального режима процесса в исследуемом диапазоне условий, включающем расход (77–1108 мл/мин), давление (1 атм–20 бар) и температуру (200–500 °С). Испытание на долговечность в течение 458 часов было проведено с использованием полученных оптимальных условий и показало, что оптимизированный катализатор может обеспечивать превосходную стабильность при незначительном влиянии наблюдаемого изменения свойств катализатора. Проведена комплексная характеристика физико-химических свойств свежих и отработанных катализаторов и обсуждены результаты.

В настоящее время возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия, гидроэнергетика, твердая биомасса, жидкое биотопливо и биогаз, широко признаны в качестве потенциальных кандидатов на замену энергетических ресурсов на основе ископаемого топлива. Среди этих кандидатов биогаз в последнее время считается новым возобновляемым источником энергии, который можно в основном производить с помощью обычного процесса анаэробного сбраживания органических материалов, таких как сельскохозяйственные остатки, навоз животных, осадки сточных вод и органическая фракция твердых бытовых отходов (ТБО), включая промышленные отходы. отходы. Мировое производство биогаза в Европе, Китае и США составляет 90%, а около половины оставшегося объема приходится на Азию, например, на Таиланд и Индию1. В Таиланде биогаз производится на крахмальных заводах, биотопливных предприятиях и животноводческих фермах1. В течение 2019–2023 годов Индия планировала запустить 5000 новых заводов по производству сжатого биометанового газа (КБГ)1. Хотя нынешнее потребление биогаза составляет небольшую долю, по данным Международного энергетического агентства (МЭА)1, существует высокий потенциал для преобразования всей энергетической системы. Кроме того, Всемирная биогазовая ассоциация (2019 г.) сообщила, что использование биогаза может сократить примерно на 10–13% нынешние мировые выбросы парниковых газов (ПГ)2. В 2018 году почти 60% биогаза было использовано для производства электроэнергии и теплоснабжения. Однако преобразование метана в биогазе в биометан может стать важным технологическим путем глобального роста1. Биогаз в основном содержит 50–70 об.% метана (CH4), 30–50 об.% углекислого газа (CO2) и примеси, такие как азот (N2), кислород (O2), сероводород (H2S), и влажность3. Существует несколько существующих технологий для модернизации производства биометана путем отделения CO2, таких как очистка воды, адсорбция при переменном давлении и химическая обработка3. При использовании этих традиционных методов CO2 выбрасывается и в газовые сети подается только биометан4. Как правило, процессы разделения являются дорогостоящими, поскольку требуются высокое давление или дополнительные химикаты3. Недавно было признано, что гидрирование CO2 в биогазе для производства биометана будет многообещающим способом полного использования биогаза с преимуществами для хранения возобновляемой энергии и сокращения выбросов CO2. Несколько коммерческих заводов, производящих биометан для замены природного газа, в настоящее время расположены в Дании, Швеции, Германии и Нидерландах4.