OPUS 12 – Jeśli nie monolit ceramiczny to co?


Dane projektu:

Numer: 2016/23/B/ST8/02024
Kierownik: dr hab. Joanna Łojewska
Przyznana kwota: 1 391 000 PLN
Rozpoczęcie projektu: 2017-10-12
Czas trwania projektu: 36 miesięcy

W niniejszym projekcie proponujemy zastosowanie szczególnego rodzaju wypełnień strukturalnych reaktorów katalitycznych w postaci pian metalicznych, używanych jako nośniki katalizatora do dopalania metanu. Lepsze określenie gąbki metaliczne nie przyjęło się wśród badaczy.
Dlaczego reaktory strukturalne? Wypełnienia strukturalne reaktorów umożliwiają dowolne powiększanie skali procesów, gdyż opis zjawisk zachodzących w jednostce geometrycznej struktury można nieskończenie multiplikować. Dlaczego piany? Klasycznym rozwiązaniem w dziedzinie reaktorów strukturalnych są monolity ceramiczne, stosowane np., jako katalizatory w samochodach. Jednak i te mają swoje wady. Piany umożliwiają znacznie lepsze wymieszanie reagentów niż monolity ceramiczne, a lepsze wymieszanie oznacza bardziej wydajny proces a także mniejsze rozmiary reaktora. Ma to znaczenie dla prowadzenia bardzo wielu szybko przebiegających reakcji, takich jak na przykład reakcje utleniania.
Dlaczego dopalanie metanu? Metanu nie da się lekceważyć, jako najbardziej rozpowszechnionego paliwa kopalnego, ale także jako gazu cieplarnianego o 20 krotnie większej pojemności cieplnej niż dwutlenek węgla. Metan można spalać w celu produkcji ciepła lub energii, a należy go dopalać jeżeli jest składnikiem gazów odlotowych. Metan nie pali się jednak łatwo i wymaga wysokiej temperatury i stężenia. Jak zatem go usunąć jeśli jest go bardzo mało i jest rozpędzony w olbrzymim strumieniu gazów, jak to się dzieje w szybach wentylacyjnych kopalni. Pozostaje nam wówczas jedynie dopalanie katalityczne w reaktorach strukturalnych. Klasycznym i jedynym rozwiązaniem stosowanym dotychczas jest katalizator palladowy osadzony w monolicie ceramicznym. Czy da się go zastąpić innym tańszym katalizatorem? Jak powinien wyglądać reaktor katalityczny pracujący w takich warunkach?

Skład konsorcjum:

  1. prof. dr hab. inż. Maciej Sitarz, WIMIC AGH
  2. dr hab. Anna Gancarczyk, IICh PAN

Publikacja wyników projektu w czasopismach:

  1. Chrzan, M., Chlebda, D., Jodłowski, P., Salamon E., Kołodziej A., Gancarczyk A., Sitarz, M., Łojewska, J, Towards Methane Combustion Mechanism on Metal Oxides Supported Catalysts: Ceria Supported Palladium Catalysts, Topics in Catalysis, vol. 62, 2019, p. 403–412
    DOI: 10.1007/s11244-019-01143-8
  2. A. Gancarczyk, W. Macek, A. Kołodziej, Heat Transfer Phenomena of the Glassy Carbon Foams, Chemical Engineering Research and Design, vol 143, 2019, 1-3, DOI: 10.1016/j.cherd.2019.01.008
  3. Wojciech Macek, Anna Gancarczyk, Marzena Iwaniszyn, Katarzyna Sindera, Mateusz Korpyś, Bogusz Stępak, Andrzej Kołodziej, Struktura Wewnętrzna Pian RVC, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, vol. 22, 2018, p. 69 – 76
  4. Anna Gancarczyk, Katarzyna Sindera, Marzena Iwaniszyn, Marcin Piątek, Wojciech Macek, Przemysław J. Jodłowski, Sebastian Wroński, Maciej Sitarz, Joanna Łojewska, Andrzej Kołodziej; Metal Foams as Novel Catalyst Support in Environmental Processes, Catalysts, 9(7) 2019, 587, DOI: 10.3390/catal9070587
  5. Anna Gancarczyk, Wojciech Macek, Andrzej Kołodziej, Heat transfer phenomena of glassy carbon foams, Chemical Engineering Research and Design, vol. 143, 2019, p. 1-3, DOI: 10.1016/j.cherd.2019.01.008

Publikacja wyników projektu w konferencjach:

  1. Gancarczyk A. i wsp., Influence of solid foams strut shape on heat and mass transfer intensity, 6th International Conference on Structured Catalysts and Reactors, ICOSCAR-6, Bad Herrenalb, Germany, September 11-13, 2019
  2. J. Łojewska, M. Chrzan, P. Jodłowski, D. Chlebda, A. Kołodziej, 11th International Congress on Catalysis and Automotive Pollution Control (CAPoC11), Towards Methane Combustion Mechanism on Metal Oxides Supported Catalysts, Belgia, Bruksela, 2018-10-29, 2018-10-31
  3. J. Dańczak, D. Borsucki, T. Widuch, A. Kołodziej, J. Łojewska, Hybrydowa podziemna instalacja do utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego (VAM) w wyrobiskach górniczych i ich klimatyzacji, EEC European Economic Congress Green w ramach COP 24 Konferencja Narodów Zjednoczonych w Sprawie Zmian Klimatu, Katowice 07.09.2018 – wykład na zaproszenie
  4. M. Sitarz, The Tenth International Conference on High Performance Ceramics (CICC-10) November 04-07, 2017, Nanchang

Zakupiona aparatura:

  1. Doposażenie do stanowiska pomiarowego operando micro-Raman/AFM.
  2. Zestaw komputerowy
  3. Przepływomierz gazu
  4. Zestaw komputerowy z oprogramowaniem
  5. Laboratoryjny piec rurowy
  6. Jednostka sterująca
  7. Matlab
  8. drukarka UBOT
  9. Przystawka
  10. Układ kontroli temperatury