Vodja projekta: Dr. Likozar Blaž

Metan je dostopen ne le v fosilnih virih – komponenta v zemeljskem plinu, ležiščih premoga in plinu iz skrilavcev – temveč tudi v različnih obnovljivih virih kot bioplin. Predstavlja ekonomično in bolj trajno različico nafti. Zato je zanimanje za pretvorbo metana v tekoča goriva in bazične kemikalije v zadnjih letih ponovno poraslo, predvsem onkraj uveljavljenih tehnologij, kot je reforming metana.

Velika investicijska sredstva in (zaradi ekonomičnosti) zahtevana proizvodnja v velikem obsegu onemogočata uporabo odročnih in razpršenih virov zemeljskega plina, plina iz skrilavcev ali predelave bioplina. Pa vendar neposredna pretvorba metana v proizvode bazične kemije predstavlja velik izziv. Na splošno pride do težav v dveh ozirih. Prvi je ta, da ima metan samo nasičene C–H vezi z visoko energijo razcepa le-teh (435 kJ/mol) in je za pretvorbo metana običajno potreben prehod visoke aktivacijske energije. Drugi pa je, da je reaktivnost ciljnih snovi običajno mnogo višja od metana.

V okviru predlaganega projekta bomo pripravili in ovrednotili vrsto tekočih in trdnih super-kislin. Te katalizatorje bomo najprej uporabili v reaktorju s čepastim tokom za ugotavljanje stopnje pretvorbe metana in selektivnosti tvorbe ogljikovodikov pri milih reakcijskih pogojih (< 300 °C; < 2 bar) ali pri aktivaciji z mikro-plazmo. Za odstranitev ravnotežnih omejitev pri pretvorbi metana in zajezitev obsega neželenih reakcij bomo uporabili tudi reaktor s temperaturno razliko za odstranjevanje C produktov. Uporabili bomo in situ in ex situ spektroskopske metode za vrednotenje sprememb v zgradbi katalizatorja, pa tudi reaktantov in vmesnih produktov, kot so rentgenska spektroskopija (XRD), infrardeča spektroskopija s Fourierovo transformacijo (FTIR), jedrska magnetna resonanca (NMR) in foto-elektronska spektroskopija (XPS). To nam bo posledično omogočilo predlagati model reakcijskega mehanizma in enačbo reakcijske hitrosti. Z uporabo sklopljenega podrobnega vrednotenja z računsko fluidno dinamiko (CFD) in določeno reakcijsko kinetiko bomo tako lahko načrtovali reaktor in izboljšali celokupno obratovanje.

Sodelujoče organizacije:

IJS, K1

Osnovni podatki glede financiranja

Projekt financira ARRS v okviru cenovne kategorije C za obdobje treh let v obsegu 2774 letnimi urami. Pričetek financiranja je 1. 1. 2016.

Sestava projektne skupine s povezavami na SICRIS

Na Kemijskem inštitutu v projektni skupini J2-7319 sodelujejo:

Faze projekta in njihova realizacija

Raziskovalni projekt bo sestavljen iz 5 glavnih raziskovalnih in razvojnih delovnih nalog (WP) ter še dodatne vzporedne naloge (»WPC – Vodenje in predstavitev«) , ki bo obsegala predvsem vodenje projekta, ustrezno predstavitev in objavo rezultatov ter povezovanje s sorodnimi raziskovalnimi projekti in pripadajočo industrijo. Ta naloga bo potekala med celotnim trajanjem projekta. Od ostalih 5 nalog pa bo raziskovalni projekt razdeljenih na dve, ki se bosta nanašali predvsem na. (super)kislinske katalizatorje, torej »W P 1 – Priprava (super)kislinskih katalizatorjev« in »WP2 – Vrednotenje (super)kislinskih katalizatorjev«, kjer bo vodenje prevzel partnerski zavod (Insitut “Jožef Stefan”; IJS), pa vendar bo matični zavod (Kemijski inštitut; KI) igral primerljivo vlogo v obeh. WP1 in WP2 bosta prav tako potekala med celotnim trajanjem raziskovalnega projekta, a bo delo porazdeljeno v ponavljajočih se pod-nalogah zaradi stopenjskega izboljševanja (super)kislinskih katalizatorjev glede na rezultate bolj postopkovnih nalog, torej WP4 in WP5. Slednja dva (»WP4 – Meritve in proces« in »WP5 – Modeliranje in izboljševanje«), pa tudi same naloge načrtovanja in izgradnje reaktorskega/procesnega sestava (»W P 3 – Izgradnja prototipa reaktorja«) , b o d o v glavnem potekali pod pristojnostjo KI, z manjšim vključevanjem IJS, predvsem kar bo zadevalo prenos katalizatorja v omenjeni reaktorski sestav. WP3 bo obsegal prvi del (leto) projekta, ostala dva (WP4 in WP5) pa preostanek projekta, in sicer na podoben izmenjujoč način povratne zanke kot WP1 in WP2 za doseganje največjega sozvočja znotraj katalitskega dvojčka WP1/WP2, znotraj postopkovnega skupka WP4/WP5, pa tudi me obema omenjenima skupinama. Zaradi narave sosledja med WP3 in WP4 ne bo prišlo do nobenega prekrivanja med temi nalogami. Reaktor/proces v WP3 bo izgrajen po delih, tako da bo omogočal posamične meritve različnih delov (katalitski sloj, toplotna in plazemska aktivacija itd.), pred končno združitvijo.

Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta

n/a.