Диссертация получение водорода из воды

Способ получения включает измельчение и сушку биомассы, ее последующий пиролиз с помощью нагретого твердого теплоносителя и перегретого водяного пара, разделение водородсодержащих газов пиролиза и пиролизной массы, которую подвергают высокотемпературной газификации. При этом в качестве твердого теплоносителя используют карбонаты, образующие оксиды при высокотемпературной газификации, нагрев твердого теплоносителя производят путем сжигания пиролизной массы в кислороде, получаемом при электролизе воды, образующейся в процессе сушки биомассы. Технический результат изобретения заключается в снижении тепловых затрат, а также позволяет производить различные энергоносители из различной биомассы при отсутствии потребления кислорода из атмосферы. Реферат Реферат Свернуть Развернуть Изобретение относится к способу получения водорода из биомассы и может быть использовано для получения водородсодержащих продуктов путем получения водорода из продуктов пиролиза растительного биотоплива, а также в системах аккумулирования и транспорта энергии, в системах производства топлива для транспорта и в стационарных энергоустановках. Практически все возобновляемые виды энергии, используемые на Земле, формируются за счет солнечной энергии, включая ветровую и гидроэнергетику, получение биотоплива и использование тепловых ресурсов океанов.

Следствием использования ископаемых топлив являются серьезные экологические проблемы, главной из которых является глобальное потепление. В качестве альтернативных топлив наибольшее значение приобрели биоэтанол, биобутанол и биодизелыюе топливо метиловые или этиловые эфиры жирных кислот , а также водород. Значительным недостатком первых трех топлив является использование сельскохозяйственной продукции в качестве сырья для их производства. В качестве сырья для производства водорода может служить синтез- газ, который в свою очередь может быть получен конверсией природного газа или попутного нефтяного газа, газификацией углеродсодержащих бытовых или промышленных отходов, а также низкосортных каменных углей, запасы которых значительно превосходят запасы ископаемых углеводородов. Водород широко используется в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для производства аммиака, метанола, моторных топлив, для процессов гидроочистки, гидрокрекинга и т.

Водородная энергетика

Следствием использования ископаемых топлив являются серьезные экологические проблемы, главной из которых является глобальное потепление. В качестве альтернативных топлив наибольшее значение приобрели биоэтанол, биобутанол и биодизелыюе топливо метиловые или этиловые эфиры жирных кислот , а также водород.

Значительным недостатком первых трех топлив является использование сельскохозяйственной продукции в качестве сырья для их производства.

В качестве сырья для производства водорода может служить синтез- газ, который в свою очередь может быть получен конверсией природного газа или попутного нефтяного газа, газификацией углеродсодержащих бытовых или промышленных отходов, а также низкосортных каменных углей, запасы которых значительно превосходят запасы ископаемых углеводородов. Водород широко используется в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности для производства аммиака, метанола, моторных топлив, для процессов гидроочистки, гидрокрекинга и т.

Объем мирового производства водорода составляет 50 млн. Традиционные термокаталитические методы переработки синтез-газа в водород осуществляются при высоких температурах и давлениях, а также требуют тщательной сероочистки сырья, что приводит к снижению энергоэффективности процесса.

Микробиологические методы по своей сути лишены этих недостатков, что особенно актуально в свете последних разработок в области плазмохимической переработки природного газа. Анаэробная ферментация синтез-газа микроорганизмами, изучаемыми в данной работе, представляет собой микробиологическую реакцию водяного газа, в результате которой монооксид углерода, содержащийся в синтез-газе, окисляется водой до углекислого газа с образованием эквимолярного количества водорода. Высокой степени конверсии при этом способствует низкая температура процесса.

Остаточная концентрация СО в газовой фазе может снижаться до нескольких млн"1, таким образом, полученный водород после очистки от углекислого газа удовлетворяет высоким требованиям по чистоте и пригоден для использования в низкотемпературных СО- чувствительных топливных элементах с протон-проницаемыми мембранами. Объект исследования диссертагрш — культуры термофильных микроорганизмов, способных катализировать реакцию водяного газа, а также образцы воды, обрастаний и осадков из гидротерм Исландии, Байкальской рифтовой зоны и полуострова Камчатка.

Предметом диссертационного исследования выступают ферментативно катализируемая реакция водяного газа, системы конверсии газов, содержащих монооксид углерода.

Основной целью настоящего исследования явилась разработка метода получения водорода из СО-содержащих газов с использованием в качестве катализатора культур карбоксидотрофных гидрогеногенных микроорганизмов. Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи: 1. Выделение новых штаммов микроорганизмов, способных к эффективной трансформации монооксида углерода с получением водорода. Разработка методики непрерывного культивирования микроорганизмов, способных к трансформации монооксида углерода с получением водорода.

Разработка методики контроля чистоты культуры микроорганизмов в условиях непрерывного культивирования в нестерильных условиях. Определение конверсии и производительности по водороду биореакторов барботажного типа. Проведение процесса микробиологического получения водорода в течение длительного времени для подтверждения стабильности культуры микроорганизмов.

Научная новизна представленной работы заключается в исследовании микробиологически катализируемой реакции водяного газа в реакторах барботажного типа. Впервые определены зависимости конверсии и производительности по водороду от величины расхода газа для биореакторов барботажного типа с использованием различных штаммов микроорганизмов в качестве биокатализаторов. Выделен новый штамм микроорганизмов SET IS-9, являющийся биокатализатором реакции водяного газа и обладающий сопоставимыми с лучшими известными штаммами гидрогеногенных микроорганизмов скоростью роста и биокаталитической активностью.

По результатам фенотипических и филогенетических исследований выделенный штамм микроорганизмов SET IS-9 отнесен к новому виду бактерий рода Carboxydothermus.

Впервые показана возможность продолжительной генерации водорода в лабораторной установке при использовании в качестве биокатализатора выделенного штамма микроорганизмов SET IS-9. Впервые определены хемотаксономические характеристики видов рода Car boxy dothermus, применимые для экспресс-идентификации представителей рода и для контроля чистоты культуры микроорганизмов. Публикации и апробация результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю проф. Винокурову и д. Соколовой за постоянное внимание и большую помощь в работе и обсуждении результатов. Отдельную благодарность автор выражает к. Лебединскому за ценные советы и конструктивную критику. Искренняя благодарность всем коллегам, принимавшим участие в различных этапах работы: к. Гамалеи РАМН , к. Поповой, А. Бердыевой и Д. Шариповой РГУ нефти и газа имени И. Отдельная благодарность асп.

Котелеву, без которого эта работа не могла бы быть выполнена, за неоценимую помощь и поддержку. Анаэробные микроорганизмы, использующие монооксид углерода в кач естве субстрата Синтез-газ может быть получен газификацией органического сырья: угля, кокса, нефти и газа [45,46], из биомассы [47], или промышленных и бытовых твердых отходов [48].

Синтез-газ состоит преимущественно из смеси водорода, монооксида углерода, углекислого газа и небольших количеств других газов, таких как метан, азот, сероводород [49].

Он может быть использован как топливо или в качестве сырья в химическом производстве для получения широкого спектра продуктов, например, метанола и уксусной кислоты [45,46]. Синтез-газ может быть получен в результате прямой газификации — процесса, при котором кислород или воздух используются для парциального окисления каменного угля. Парциальное окисление угля - это процесс экзотермический. При проведении косвенной газификации в качестве окислителя используется водяной пар, это делает процесс эндотермическим и лимитированным скоростью подвода тепла, но при этом он более выгоден с точки зрения термодинамики.

Состав получаемого синтез-газа зависит от состава используемого сырья, а также от условий проведения процесса. Содержание СО в синтез-газе растет вместе с увеличением отношения количества углерода к количеству водорода в молекулах веществ, используемых для переработки [45].

Например, процессы паровой газификации чистого углерода каменного угля и метана могут быть представлены в виде реакций: Как видно из приведенных уравнений, паровая конверсия природного газа теоретически дает более низкое содержание монооксида углерода в продуктах, чем газификация угля. Условия проведения процесса также влияют на состав получаемого синтез-газа и определяют температуру отводимых из реактора продуктов [45,46].

В таблице 3 представлен характерный состав синтез-газа, получаемого газификацией различных ископаемых топлив: Газификация твердых отходов, как правило, является более сложным процессом из-за того, что углеродсодержащие материалы имеют переменный состав. Доведение сырья до некоторой степени гомогенности весьма желательно для проведения процесса газификации с приемлемой эффективностью [46].

Для газификации пригодны не все виды твердых отходов, так как их стоимость их подготовки может сделать весь процесс нерентабельным. Для переработки газификацией пригодны следующие типы твердых отходов: отходы бумажных фабрик, смешанные отходы пластмасс, отходы деревообрабатывающей промышленности и сельскохозяйственные стоки.

Значительные отличия процессов газификации нефтегазового сырья и биомассы не позволяют совместить их аппаратно. Так, для газификации ископаемых топлив предпочтительна косвенная газификация водяным паром, в то время как для переработки биомассы целесообразнее использовать метод парциального окисления воздухом. Получаемый синтез-газ является низкосортным по причине высокого содержания в нем азота и низкой теплотворной способности.

Использование чистого кислорода значительно повышает качество продукта, но также повышает себестоимость производимого газа. В работе итальянских специалистов по газификации [50] был исследован комбинированный процесс пиролиза и паровой конверсии древесной биомассы при температурах выше 950 С. Другой интересный метод переработки биомассы в газообразные энергоносители - это газификация под действием воды в сверхкритических условиях.

Он может проводиться с использованием влажной биомассы без предварительной осушки и характеризуется высокой степенью превращения при низких температурах.

Вещество в сверхкритическом состоянии находится при температуре и давлении выше критической точки, для воды эта точка соответствует температуре 374 С и давлению 22 МПа. В сверхкритических условиях вода проявляет промежуточные свойства между своим жидким состоянием и паром, при этом она способна растворять многие вещества, нерастворимые в воде при нормальных условиях. Это и приводит к ускорению отдельных химических реакций и в целом увеличивает эффективность процесса газификации [52].

С переходом от одного типа сырья к другому это соотношение сильно не изменяется, за исключением случая, когда используются органические бытовые отходы, при этом полученный продукт содержит ещё меньше СО и Н2, и ещё больше 1Ч2. Другое исследование, проведенное группой ученых из Нидерландов, было посвящено исследованию газификации широкого спектра различных твердых отходов.

Типичные потоки отходов, пригодные для газификации должны включать в свой состав макулатуру, опилки, солому, органические бытовые отходы, органические отходы пищевой промышленности, а также осадки сточных вод [51], отходы сельскохозяйственных культур, например, сахарной свеклы [53] и навоз [54]. Осадки от сточных вод, навоз, как правило, перерабатываются с затруднениями из-за высокого содержания в них азота, серы, тяжелых металлов, и высокой зольности.

Для проведения процесса газификации осадков сточных вод необходимо смешивать их с другими отходами для достижения необходимой теплотворной способности получаемого синтез- газа.

Тем не менее, данный тип отходов является перспективным ресурсом для процессов газификации [55], с учетом того, что объем сточных вод имеет тенденцию увеличиваться [56]. Несмотря на большое число исследований, проводимых в направлении газификации биомассы, до сих пор не удается преодолеть затруднения, связанные с тем, что подобные процессы становятся экономически целесообразными только при масштабной схеме производства синтез-газа и энергии [57].

Для их реализации требуется не только постоянный поток подходящих по составу твердых отходов, но и дополнительная очистка получаемого синтез-газа.

Методики определения величины расхода газа и состава газообразных и жидких метаболитов микроорганизмов Последние кристаллографические исследования С-кластеров СО- дегидрогеназ с Н20 и "CN-лигандами показывают, что обнаруживаемый ранее сульфидный мостик между атомами железа и никеля в С-кластере СО- дегидрогеназы С.

Переработка синтез-газа с помощью микроорганизмов считается перспективной, начиная с 90-ых гг. Исследования, направленные на использование пурпурных бактерий для получения водорода из синтез-газа, проводились Национальной Лабораторией Возобновляемых Источников Энергии ЫКЕЬ [135].

Однако, технико- экономический анализ показал, что применение микробиологически катализируемой реакции водяного газа как самостоятельного процесса не выдерживает конкуренции с традиционными термохимическими технологиями из-за необходимости сооружения весьма объемных биореакторов что обусловлено проблемами массопереноса. С другой стороны, применение биореакторов с пурпурными бактериями было сочтено перспективным для периодического получения водорода ввиду возможности более быстрого запуска таких установок и возможности работы при различной производительности в отличие от каталитических конвертеров.

Из разработок, дошедших до стадии пилотной установки, на настоящий момент известны лишь процессы получения этанола из синтез- газа с помощью некоторых мезофильных бактерий. Первым таким проектом была пилотная установка в г.

По схожей принципиальной схеме работает и другой проект - Coskata, Inc. В процессе Coskata, по-видимому, используются те же микроорганизмы, а отличие достигается за счет использования биореакторов с полыми волокнами, через которые подается синтез-газ. Рост микроорганизмов осуществляется на внешних стенках этих волокон. Также новшеством является и первопорационная технология отделения этанола. Следует отметить, что использование термофильных быстрорастущих время удвоения менее 2 ч микроорганизмов является перспективным не только с точки зрения более интенсивного метаболизма и поддержания чистоты культуры, но и с позиций отделения пизкокипящих жидких продуктов.

Впрочем, термофильных СО-потребляющих продуцентов этанола на данный момент не известно. Реакция водяного газа, в настоящее время применяющаяся главным образом для переработки продуктов конверсии природного газа и продуктов газификации угля, является важным этапом процессов получения водорода из органического сырья. Микробиологические способы переработки синтез-газа, несмотря на ряд предпосылок низкие температура и давление, возможность изменения скорости подачи сырья в широких пределах , обуславливающих их привлекательность в технологическом отношении, остаются малоизученной областью исследований.

Возможными причинами этого являются физиологические особенности микроорганизмов, являющихся биокатализаторами реакции водяного газа высокая чувствительность к кислороду, специфические требования к микроэлементному составу среды , а также ингибирующее действие и малая растворимость в воде целевого субстрата - монооксида углерода.

Достижения последних лет в выделении новых СО- трансформирующих микроорганизмов и выяснения структуры и механизма действия участвующих в процессах биологической переработки монооксида углерода ферментов позволяют надеяться на бурное развитие исследований в области микробиологических процессов переработки СО, в том числе, в водород, в ближайшее время. Объектами исследований служили образцы воды, обрастаний и осадков из гидротерм Исландии, Байкальской рифтовой зоны и полуострова Камчатка, а также культуры термофильных карбоксидотрофных микроорганизмов.

В качестве восстанавливающего агента использовался дитионит натрия, добавляемый малыми порциями до достижения значения ОВП ниже -350 мВ. Исследование фенотипических и филогенетических характеристик выделенного штамма СО-потребляющих микроорганизмов Для получения дополнительного подтверждения отнесения штамма SET IS-9 к новому виду было произведено определение некоторых хемотаксономических характеристик видов рода Carboxydothermus.

В соответствии с предложениями ведущих микробиологов, с 2010 года жирнокислотный состав и состав полярных липидов включены в число характеристик, требуемых для валидного описания новых таксонов.

Кроме того, с помощью современных методик возможно осуществить экспресс- определение липидного состава микроорганизмов менее чем за 20 минут, что уже в ближайшем будущем позволит производить экспресс-идентификацию микроорганизмов на основании хемотаксономических характеристик. Межвидовые отличия состава полярных липидов незначительны. Полярные липиды исследованных представителей рода Carboxydothermus представлены, главным образом, единственным фосфолипидом. Прочие полярные липиды 3-5 веществ образуются клетками в значительно меньшем количестве и детектируются с помощью фосфорномолибденовой кислоты только на грани разрушения пластинки ТСХ.

Состав полярных липидов не позволяет однозначно судить о чистоте культуры и об отнесении исследуемого штамма к конкретному виду в пределах рода Carboxydothermus.

Был определен жирнокислотный состав клеток штаммов SETIS-91, состав клеток микроорганизмов может быть использован для различения видов в пределах рода, а также для контроля чистоты культур микроорганизмов.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 🔥 ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОДЫ. ЛУЧШИЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА.

Электролиз воды с твёрдым полимерным электролитом. . 1) Способ получения водорода и кислорода путём электролиза с низкими энергозатратами. Диссертация по химической технологии на тему «Технология и аппаратурное Особое значение имеют вопросы получения водорода для получение водорода взаимодействием воды с гидрореагирующими металлами.

Как видно из таблицы 3, появление гидроксилированных жирных кислот может свидетельствовать о заражении культуры микроорганизмов рода СагЪохуйойкгтт. Метод определения жирнокислотного состава клеток микроорганизмов, использующихся в качестве биокатализаторов реакции водяного газа, может служить для контроля чистоты культуры. Выделен новый штамм термофильных карбоксидотрофных гидрогеногенных микроорганизмов SET IS-9T, отнесенный к новому виду "Carboxydothermus islandicus" на основании результатов микробиологических и филогенетических исследований. Впервые исследованы зависимости конверсии и производительности биореактора по водороду при культивировании бактерий Carboxydothermus hydrogenoformans Z-2901т и SET IS-9T. Впервые показано, что осуществление реакции водяного газа с помощью бактерий рода Carboxydothermus возможно в нестерильных условиях в течение свыше 200 ч без потери активности биокатализатора и загрязнения культуры. Показано, что обнаружение гидроксилированных жирных кислот при определении жирнокислотного состава клеток микроорганизмов рода Carboxydothermus может свидетельствовать о заражении культуры посторонними микроорганизмами. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определённых ВАК Российской Федерации 1. Новиков A. Прочие публикации 1. Винокуров В. Губкина, 2009. Котелев М. Использование термофильных карбоксидотрофных микроорганизмов для переработки синтез-газа. Москва 6-9 октября 2009 г. Новиков Андрей Александрович Разработка биотехнологического метода получения водорода из СО-содержащих газов Подписано в печать 25. Печать трафаретная. Объём 1 п. Тираж 100 экз. Москва, Варшавское ш.

ЛБЭфсрмеитация иммобилизованными клетками анаэробных бактерий ii i в средах различного состава 2. Измерение оптической плотности суспензии клеток микроорганизмов и среды.

Водород из биомассы[ править править код ] Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. В биохимическом процессе фиксации азота водород вырабатывают различные бактерии , например, Rodobacter speriodes.

Перекрёстные - электроосмос, потенциал течения, осмотическое давление. Для нахождения феноменологических коэффициентов надо рассмотреть уравнения 5 соответственно в изопотенциаль-ных, изоконцентрационных и изобарических условиях. При решении уравнений 2-6 использовались найденные экспериментально значения поляризации, потенциалов течения и т. Температура питающей воды варьировалась в диапазоне от 303 до 393 К, избыточное давление процесса от 0 до 3 МПа, плотность тока на видимую поверхность от 1. На рис. Наличие максимума обусловлено тем, что в мембране происходит выделение тепла за счёт омических потерь.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Н. Крылова Р. Адрес: 190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. Актуальность темы. Как судовая, так и стационарная энергетика в настоящее время базируется главным образом ка преобразователях энергии органического и ядерного топлива. Данные способы преобразования энергии связаны с использованием теплоты для получения электроэнергии и характеризуются относительно низким КПД. В ближайшем будущем возникнет необходимость уменьшения роли органического топлива в общем балансе энергетики.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Милпнчук Виктор Константинович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Хмелскскан Вша Ссргееона доктор химических наук, профессор Брук Марк Абрамович Ведущая организация: Институт физической химии и электрохимии им. Москва, пер.

.

.

.

.

.

.

.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 🔥 ГЕНЕРАТОР ВОДОРОДА своими руками. Производит водород отдельно от кислорода.
Похожие публикации