Наука и инновации 4350

Ученые-химики оптимизировали синтез аммиака

Российские ученые предложили проводить выделение аммиака из реакционной смеси с помощью гибридной технологии, сочетающей возможности мембранной очистки и современных абсорбентов. Новый метод позволяет получать аммиак чистотой до 99%, затрачивая гораздо меньше энергии. Результаты работы опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.

Исследователи из нижегородских вузов - НГТУ им. Р. Е. Алексеева и ННГУ им. Н. И. Лобачевского, - а также из РХТУ им. Д. И. Менделеева, уже предлагали использовать для этого гибридный способ очистки газов, в котором сочетаются технические возможности мембран и абсорбентов. Теперь они опубликовали новую работу, в которой с применением новых абсорбентов исследователи получили аммиак с чистотой, сопоставимой с промышленной.

«Мы уже применяли наш гибридный процесс для синтеза хлористого водорода, организовывали по заданию нобелевского лауреата Жореса Алферова производство высокочистого аммиака для микроэлектроники (для производства светодиодов), а теперь наши интересы сместились в область более массового производства, в том числе получения аммиака», - рассказывает один из авторов работы, заведующий кафедрой «Нанотехнологии и биотехнологии» НГТУ им. Р.Е. Алексеева и заведующий лабораторией SMARTполимерных материалов и технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева профессор Илья Воротынцев.

Гибридная технология очистки газов разработана российскими учеными и протекает в аппарате их собственной конструкции. Он разделен мембраной на две части: в верхнюю поступает смесь газов— в данном случае это аммиак, азот и водород,— которая пропускается через абсорбент, нанесенный на мембрану. Он накапливает большие количества аммиака и, наоборот, почти не абсорбирует азот и водород, которые выходят обратно из абсорбента в ту же самую полость над мембраной. Молекулы же аммиака выводятся из абсорбента через мембрану в нижнюю часть аппарата, из которой уже отводят поток очищенного газа.

В новом исследовании российских химиков не только подобран наиболее перспективный состав абсорбента, но и проведены проточные эксперименты в реальном аппарате со смесью газов, предельно приближенной к составу продуктов процесса Габера—Боша. Степень очистки аммиака достигала 99%, что близко к современному промышленному способу, дающему чистоту аммиака до 99,8%, но сопряженному с огромными энергопотерями из-за использования криогенных технологий.

«В этой работе мы определили наиболее перспективные абсорбирующие материалы, а теперь продолжаем изучать процесс и разрабатываем новую конструкцию мембранного модуля, которую будет возможно масштабировать для задач промышленности,— рассказывает Илья Воротынцев.— Конечно, процесс синтеза аммиака остается практически неизменным на протяжении 100 лет, но он сопряжен с такими большими затратами энергии и проводится в таких колоссальных объемах, что снижение энергопотребления не то что на порядок, а даже на проценты может принести колоссальную прибыль, а в нашем методе как раз не требуется никаких хладагентов, и поэтому он гораздо доступнее. И если будет пример экономически удачной реализации нашего процесса, то это станет мощным толчком к изменениям у всех производителей аммиака».

Исследование проведено сотрудниками лаборатории SMARTполимерных материалов и технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева, а также НГТУ им. Р.Е. Алексеева и ННГУ им. Н.И. Лобачевского при финансовой поддержке грантов РНФ (№17-79-20286), а также Министерства науки и высшего образования.

По материалам Indicator.ru