Piroliza metanu – wpływ wybranych parametrów na przebieg procesu

Abstract

Piroliza metanu jest metodą otrzymywania wodoru z metanu, która coraz częściej zyskuje zainteresowanie naukowców oraz inwestorów z sektora gospodarki. Technologia ta jest alternatywą dla reformingu parowego – obecnie najczęściej stosowanej metody produkcji wodoru. Pomimo wielu zalet reforming parowy jest procesem, w trakcie którego powstają znaczne ilości ditlenku węgla. Dlatego trwają poszukiwania nowej, wydajnej metody produkcji wodoru. Oprócz elektrolizy wody, pirolizy biomasy wydaje się, że to właśnie piroliza metanu jest najbardziej obiecującą technologią. Metoda ta ma wiele zalet, jest prosta, szybka, uzyskany wodór cechuje się wysoką czystością, jednak największą jej zaletą jest brak ubocznej produkcji ditlenku węgla, co korzystnie wpływa na ocenę zrównoważenia tego procesu. Rozkład metanu przeprowadza się w reaktorach rurowych w temperaturze 600–1200°C, w zależności od rodzaju procesu. W procesie pirolizy obok wodoru powstają proporcjonalne ilości czystego węgla o różnorodnej morfologii oraz różnym poziomie grafityzacji. W pracy przedstawiono charakterystykę stanowiska do pirolizy metanu zbudowanego w 2022 r. w Zakładzie Zrównoważonych Technologii Chemicznych INiG – PIB. Stanowisko pozwala na prowadzenie prób pirolizy metanu w temperaturze do 1100°C. Maksymalna teoretyczna wydajność tej instalacji to 400 ml H2/minutę. Przeprowadzono wstępne próby działania pieca rurowego, wyposażonego w rurowy reaktor kwarcowy o pojemności 6,8 dm3. Opisano próby termicznego rozkładu metanu w zakresie temperatur 600–1050°C. Za pomocą metod chromatograficznych zbadano zawartość metanu, wodoru, azotu, tlenu oraz sumy węglowodorów C2 i C3 w gazach poprocesowych. Wytypowano zmienne mogące mieć wpływ na rezultaty pirolizy. Sprawdzono wpływ temperatury, czasu reakcji, strumienia surowca oraz składu mieszanki gazów procesowych w wybranych zakresach. Potwierdzono zależności pomiędzy temperaturą i szybkością przepływu substratu a wydajnością procesu.