Переработка отработанной ртутьсодержащей ионообменной смолы. II. Получение водорода

А. В. Артемов; М. В. Дюбанов; О. И. Седляров; А. В. Переславцев; С. А. Вощинин

doi:10.25514/CHS.2022.2.23011

А. В. Артемов Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия
М. В. Дюбанов Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Межведомственный центр аналитических исследований в области физики, химии и биологии при Президиуме Российской академии наук, Москва, Россия; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)», Москва, Россия
О. И. Седляров Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)», Москва, Россия
А. В. Переславцев Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия
С. А. Вощинин Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва, Россия

DOI: https://doi.org/10.25514/CHS.2022.2.23011

Ключевые слова: ртутьсодержащие отходы, плазменная переработка, получение водорода, углекислотный риформинг метана, паровая конверсия монооксида углерода

Аннотация

Предложена новая технология плазменной переработки отходов производства и потребления, в том числе и токсичных ртутьсодержащих отходов. Технология включает каталитические стадии углекислотного риформинга метана и паровой конверсии монооксида углерода, обеспечивающих переработку отходов, получение водорода, тепловой и электрической энергии, базальтоподобного шлака. Технология реализует замкнутый цикл по диоксиду углерода. Приведены данные о составе и количестве пирогаза, количестве потребляемого СО₂-плазмообразующего газа, количестве СО₂, образующегося в газотурбинной установке при плазменной переработке отходов различного морфологического состава.

Литература

Artemov, A.V., Dubanov, M.V., Pereslavtsev, A.V., Voshchinin, S.A., & Sedlyarov, O.I. (2022). Recycling of spent mercury-containing ion exchange resin. I. High-temperature plasma pyrolysis. Khimicheskaya Bezopasnost’ = Chemical Safety Science, 6(2), 151–159 (in Russ.).

Ivanova, A.S. (2009). Industrial catalysis in lectures. M.: Kalvis (in Russ.).

Artemov, A.V., Bulba, V.A., Krutyakov, Yu.A., Kudrinsky, A.A., Ostry, I.I., Pereslavtsev, A.V., & Voshchinin, S.A. (2010). Catalytic processes of transformation of gaseous products of plasma processing of solid wastes and hydrocarbon raw materials. Russian Chemical Journal, 54(6), 918 (in Russ.).

Artemov, A.V., Pereslavtsev, A.V., Krutyakov, Yu.A., Voshchinin, S.A., Kudrinsky, A.A., Bulba, V.A., & Ostroy, I.I. (2011). Ecological aspects of plasma processing of solid waste. Ecology and Industry of Russia, 9, 2023(in Russ.).

Krylov, O.V. (2000). Carbon dioxide conversion of methane into synthesis gas. Russian Chemical Journal, 44(1), 19–33(in Russ.).

Tomishige, K., Chen, Y.-G., & Fujimoto ,K. (1999). Catalytic Performance and Catalyst Structure of Nickel–Magnesia Catalysts for CO2 Reforming of Methane2. J. of Catalysis, 184(2), 479–490. https://doi.org/10.1006/jcat.1999.2469

Pat. 2349380, Russian Federation, 2009.

Arkatova, L.A., Kharlamova, T.S., & Galaktionova, L.V. (2006). Carbon dioxide conversion of methane on nickel aluminides. J. of Phys.l Chem., 80(8), 1231–1234 (in Russ.).

Crisafulli, C., Scire, S., Minico, S., Solarino, L. (2002). Ni-Ru bimetallic catalysts for the CO2 reforming of methane. Applied Catalysis A: General, 225(1–2), 1–9. https://doi.org/10.1016/S0926-860X(01)00585-3

Shested, J., Jacobsen, C.J.H., Rokni, S., Rostrup-Nielsen, J.R. (2001). Activity and Stability of Molybdenum Carbide as a Catalyst for CO2 Reforming. J. of Catalysis, 201(2), 206–2012. https://doi.org/10.1006/jcat.2001.3255

Krylov, O.V. (2004). Heterogeneous catalysis. M.: Akademkniga (in Russ.).

Hu Y.H., Ruckenstein E. (2004). Catalytic conversion of methane to synthesis gas by partial oxidation and. CO2 reforming. Adv. Synthesis & Catalysis, 48, 297–345. https://doi.org/10.1016/S0360-0564(04)48004-3

Tomishige, K. (2004). Syngas production from methane reforming with CO2/H2O and O2 over nio-mgo solid solution catalyst in fluidized bed reactors. Catalysis Today, 89(4), P. 405–418. http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2004.01.003.

Fedotov, A.S., Antonov, D.O., Uvarov, V.I. (2014). Synergetic effect in the process of carbon dioxide reforming of methane on porous ceramic Ni-CO membranes. Reports of the Academy of Sciences, 459(3), 309 (in Russ.). https://doi.org/10.7868/S0869565214330123

Artemov, A.V. (2001). Catalysis in industry, 2, 18–23 (in Russ..).

Artemov, A.V., Zhiltsov, V.A., Krutyakov, Yu.A. (2008). Obtaining nanoscale metals by electric discharge in a liquid. Questions of Atomic Science and Technology, 4, 150–154 (in Russ..).

Artemov, A.V., Kulygin, V.M., Pereslavtsev, A.V. (2011). Multiphase catalysis using metal nanoparticles obtained by electric discharge in a liquid. Catalysis in industry, 5, 34a–44 (in Russ.).

Pat. 2437741, Russian Federation, 2011.

Pat. 2430999, Russian Federation, 2011.

Artemov, A.V., Brykin, A.V., Arsenyeva, D.Yu. (2015). Kinetic regularities of impregnation of inorganic carriers with nanodispersions of metals in the liquid phase (sols) in the process of obtaining deposited metal catalysts. Catalysis in Industry, 15(5), 11–12 (in Russ.).

Pat. 153579, Russian Federation, 2015.

Brykin, A.V., Artemov, A.V., Kolegov, K.A. (2013). Analysis of the market of rare earth metals (REM) and REM. Catalysts in industry.. 4, 1–5 (in Russ..).

Dedov, A.G., Loktev, A.S., Mazo, G.N. (2015). Highly efficient catalytic materials for carbon dioxide conversion of methane. Reports of the Academy of Sciences, 462(1), 58–62. (in Russ.).

Dedov, A.G., Shlyakhtin, O.A., Loktev, A.S. (2017). New catalysts for carbon dioxide conversion of methane into synthesis gas. Reports of the Academy of Sciences, 477(4), 425–428 (in Russ.).

Bukharkina, T.V., Gavrilova, N.N., Skudin ,V.V. (2015). Membrane catalytic reactor. Kinetic modeling of the process of carbon dioxide conversion of methane. Catalysis in Industry, 3, 54–59 (in Russ.).

Krylov, O.V. (2007). Industrial methods of hydrogen production. Catalysis in Industry, 2, 13–29 (in Russ.).

Ferreira-Aparicio, H. & Benito, M.J.(2006). Catalysis Reviews, 47. P. 491–588. https://doi.org/10.1080/01614940500364958

Pat. 2325219, Russian Federation, 2008.

Ovchinnikova, V.I. (1977). Production of caprolactam. M.: Chemistry. P. 118 (in Russ.).

Chernyshev, A.K., Gerasimenko, V.I., Sokol, B.A. (2016). Caprolactam: properties, production, application. M. 1, 396 (in Russ.).

Pat. 2350386, Russian Federation, 2009.

Timoshin, E.S., Morozov, L.N., Batanov, A.A. (2020). Single-stage carbon-vapor reforming of natural gas using a reactor with ceramic heating pipes. Chemical Technology, 21(4), 181–185 (in Russ.).

Bukharkina, T.V., Gavrilova, N.N., Skudin, V.V. (2015). Membrane catalytic reactor. Operating modes, kinetic experiment. Catalysis in Industry, 4, 14–21 (in Russ.).

Brykin, A., Artemov, A. Arsenieva, D. (2015). Electrocondensation method of synthesis of silicon, carbon and silicon carbide. Electronics: Science, Technology, Business, 4(144), 74–79 (in Russ.).

Method and device for producing synthesis gas. https://patentscope.wipo.int/search/ru/detail.jsf?docId=WO2012112065 (accessed 07.08.2022).

Pat. 2314870, Russian Federation, 2008.

Dubrovsky, A.R., Kuznetsov, S.A., Ryabov, E.V. (2011). New generation catalysts and microstructured reactors-heat exchangers for steam conversion of carbon monoxide. Russian Chemical Journal, 55(2), 43–51 (in Russ.).

Burke, L.D. & Nugent P.F. (1998). Gold Bull., 31, P.39.

Lei, Y., Cant, N.W., Trimm, D. L. (2005). Kinetics of the water-gas shift reaction over a rhodium-promoted iron-chromium oxide catalyst. Chem. Eng. J, 114, P. 81–85.

Liu, Q., Ma W., He, R., Mu, Z. (2005). Reaction and characterization studies of industrial Cr-free iron-based catalyst for high-temperature water gas shift reaction. Catal. Today, 106, P. 52–56

Iida, H. & Igarashi, A. Difference in the reaction behavior between Pt–Re/TiO2 (Rutile) and Pt–Re/ZrO2 catalysts for low-temperature water gas shift reactions (2006). Appl. Catal. 303, 48–55. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.01.029.

Patt, J., Moon, D.J., Phillips, C., Thompson, L. (2000). Molybdenum Carbide Catalysts for Water-Gas Shift. Catal. Lett, 65, P. 193–195.

Krylov, O.V. (2004). Heterogeneous catalysis in industry. M.: Akademkniga (in Russ.).

Pat. 2282496, Russian Federation, 2008.

Batenin, V.M., Maslennikov, V.M., Shterenberg, V.Ya. (2018). A highly efficient energy technology complex for the use of natural gas for the production of electricity, heat and synthetic liquid fuel with partial sequestration of carbon dioxide emissions into the atmosphere. Reports of the Academy of Sciences, 483(5), 502–505 (in Russ.).

Zhuravlev, I.B., Zaluzhny, A.A., Ptitsyn, P.B. (2021). Technical and economic research (TEI) on the topic of the priority direction of scientific and technical development "Hydrogen energy". M.: CAIR, private institution "Science and Innovation" (in Russ.).

Dubinin, A.M., Kagarmanov, G.R., Fink, A.V. (2009). Energy efficiency of a number of methods for producing hydrogen. News of higher educational institutions. Series: Chemistry and Chemical Technology, 52(2), 54–56 (in Russ.).

Strategic session on the development of hydrogen energy in Russia. http://government.ru/news/43558/. (accessed 07.08.2022).