catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2020-3-184-189catal-698Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYНизкотемпературная паровая конверсия природного газа в метано-водородные смесиLow-temperature Steam Reforming of Natural Gas to Methane-Hydrogen MixturesПотемкинД. И.PotemkinD. I.ctls@kalvis.ruУсковС. И.UskovS. I.ctls@kalvis.ruГорловаА. М.GorlovaA. M.ctls@kalvis.ruКирилловВ. А.KirillovV. A.ctls@kalvis.ruШигаровА. Б.ShigarovA. B.ctls@kalvis.ruБрайкоА. С.BraykoA. S.ctls@kalvis.ruРогожниковВ. Н.RogozhnikovV. N.ctls@kalvis.ruСнытниковП. В.SnytnikovP. V.ctls@kalvis.ruПеченкинА. А.PechenkinA. A.ctls@kalvis.ruБеляевВ. Д.BelyaevV. D.ctls@kalvis.ruПименовА. А.PimenovA. A.ctls@kalvis.ruСобянинВ. А.SobyaninV. A.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ); Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State University, Novosibirsk; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State University, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State Technical UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, МоскваРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Gubkin Russian State University of Oil and Gas, MoscowRussian FederationИнститут катализа им. Г.К Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationСамарский государственный технический университет (СамГТУ)РоссияSamara State Technical UniversityRussian Federation202028052020203184189Copyright © LLC "KALVIS", 20202020LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/698

Проведен термодинамический анализ закономерностей протекания паровой конверсии природного газа при температуре 300–600 °С, давлении 0,1–4 МПа и мольном отношении Н2О : С, равном 0,8–1,2. В этих условиях продуктом реакции являются метано-водородные смеси с концентрацией водорода 10–30 об.%. Повышение температуры, мольного отношения Н2О : С и снижение давления способствуют увеличению концентрации водорода в продуктах реакции. Определены термодинамические границы проведения процесса в отсутствие зауглероживания катализатора. Проведены эксперименты по получению метано-водородных смесей из метана с выходной концентрацией водорода 15–35 об.% на промышленном Ni-CrOx-Al2O3 катализаторе при температуре 325–425 °С, мольном отношении Н2О : С равном 0,8–1,0 и атмосферном давлении. Показано, что в данных условиях процесс протекает без образования углерода на катализаторе.

Thermodynamic analysis of the steam reforming of natural gas at a temperature of 300–600 °C, pressure 0.1–4 MPa and Н2О : С molar ratio 0.8–1.2 was carried out. Under these conditions, the reaction products are methane-hydrogen mixtures with the hydrogen concentration 10–30 vol.%. Raising the temperature and Н2О : С molar ratio as well as decreasing the pressure make it possible to increase the hydrogen concentration in the reaction products. Thermodynamic boundaries of the process in the absence of catalyst coking were determined. Experiments on the formation of methane-hydrogen mixtures from methane with the outlet hydrogen concentration 15–35 vol.% were performed on a commercial Ni-CrOx-Al2O3 catalyst at a temperature of 325–425 °С, Н2О : С molar ratio 0.8–1.0, and atmospheric pressure. Under the indicated conditions, the process was not accompanied by the formation of carbon on the catalyst.

метано-водородные смесиводородприродный газпаровая конверсияникелевый катализаторmethane-hydrogen mixtureshydrogennatural gassteam reformingnickel catalystReferencesBauer C.G., Forest T.W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2001. V. 26. № 1. P. 55—70. doi: 10.1016/S0360-3199(00)00067-7.Bauer C.G., Forest T.W. // Int. J. Hydrogen Energy. 2001. V. 26. № 1. P. 55—70. doi: 10.1016/S0360-3199(00)00067-7.Swain M.R., Yuzuf M.J., Dülger Z., Swain M.N. // SAE Tech. Pap. 1993. № 412. P. 932775. doi: 10.4271/932775.Swain M.R., Yuzuf M.J., Dülger Z., Swain M.N. // SAE Tech. Pap. 1993. № 412. P. 932775. doi: 10.4271/932775.Cattelan A., Wallace J. // SAE Tech. Pap. 1995. № 412. P. 952497. doi: 10.4271/952497.Cattelan A., Wallace J. // SAE Tech. Pap. 1995. № 412. P. 952497. doi: 10.4271/952497.Cinti G., Bidini G., Hemmes K. // Appl. Energy. 2019. V. 238. P. 69—77. doi: 10.1016/J.APENERGY.2019.01.039.Cinti G., Bidini G., Hemmes K. // Appl. Energy. 2019. V. 238. P. 69—77. doi: 10.1016/J.APENERGY.2019.01.039.Kwak B.S., Lee J.S., Lee J.S., Choi B.-H., Ji M.J., Kang M. // Appl. Energy. 2011. V. 88. № 12. P. 4366—4375. doi: 10.1016/J.APENERGY.2011.05.017.Kwak B.S., Lee J.S., Lee J.S., Choi B.-H., Ji M.J., Kang M. // Appl. Energy. 2011. V. 88. № 12. P. 4366—4375. doi: 10.1016/J.APENERGY.2011.05.017.Li X., Zhu G., Qi S., Huang J., Yang B. // Appl. Energy. 2014. V. 130. P. 846—852. doi: 10.1016/J.APENERGY.2014.01.056.Li X., Zhu G., Qi S., Huang J., Yang B. // Appl. Energy. 2014. V. 130. P. 846—852. doi: 10.1016/J.APENERGY.2014.01.056.Cavinato C., Bolzonella D., Fatone F., Cecchi F., Pavan P. // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. № 18. P. 8605—8611. doi: 10.1016/J.BIORTECH.2011.03084.Cavinato C., Bolzonella D., Fatone F., Cecchi F., Pavan P. // Bioresour. Technol. 2011. V. 102. № 18. P. 8605—8611. doi: 10.1016/J.BIORTECH.2011.03084.Liu Z., Zhang C., Lu Y., Wu X., Wang L., Wang L., Han B., Xing X.-H. // Bioresour. Technol. 2013. V. 135. P. 292—303. doi: 10.1016/J.BIORTECH.2012.10.027.Liu Z., Zhang C., Lu Y., Wu X., Wang L., Wang L., Han B., Xing X.-H. // Bioresour. Technol. 2013. V. 135. P. 292—303. doi: 10.1016/J.BIORTECH.2012.10.027.Elreedy A., Tawfik A., Kubota K., Shimada Y., Harada H. // Int. Biodeterior. Biodegradation. 2015. V. 105. P. 252—261. doi: 10.1016/J.IBIOD.2015.09.015.Elreedy A., Tawfik A., Kubota K., Shimada Y., Harada H. // Int. Biodeterior. Biodegradation. 2015. V. 105. P. 252—261. doi: 10.1016/J.IBIOD.2015.09.015.Sun C., Xia A., Liao Q., Fu Q., Huang Y., Zhu X. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2019. V. 112. P. 395—410. doi: 10.1016/J.RSER.2019.05.061.Sun C., Xia A., Liao Q., Fu Q., Huang Y., Zhu X. // Renew. Sustain. Energy Rev. 2019. V. 112. P. 395—410. doi: 10.1016/J.RSER.2019.05.061.Lunprom S., Phanduang O., Salakkam A., Liao Q., Imai T., Reungsang A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V.44. № 6. P. 3339—3346. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.09.064.Lunprom S., Phanduang O., Salakkam A., Liao Q., Imai T., Reungsang A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V.44. № 6. P. 3339—3346. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.09.064.Elreedy A., Fujii M., Tawfik A. // Bioresour. Technol. 2017. V. 223. P. 10—19. doi: 10.1016/j.biortech.2016.10.026.Elreedy A., Fujii M., Tawfik A. // Bioresour. Technol. 2017. V. 223. P. 10—19. doi: 10.1016/j.biortech.2016.10.026.Liu Z., Li Q., Zhang C., Wang L., Han B., Li B., Zhang Y., Chen H., Xing X.-H. // Biochem. Eng. J. 2014. V. 90. P. 234—238. doi: 10.1016/j.bej.2014.06.013.Liu Z., Li Q., Zhang C., Wang L., Han B., Li B., Zhang Y., Chen H., Xing X.-H. // Biochem. Eng. J. 2014. V. 90. P. 234—238. doi: 10.1016/j.bej.2014.06.013.https://www.bbc.com/news/science-environment-50873047https://www.bbc.com/news/science-environment-50873047Аксютин О.Е., Ишков А.Г., Романов К.В., Тетеревлев Р.В., Пыстина Е.А. // Вести газовой науки. 2017. Т. 5. № 33. С. 12—20.Аксютин О.Е., Ишков А.Г., Романов К.В., Тетеревлев Р.В., Пыстина Е.А. // Вести газовой науки. 2017. Т. 5. № 33. С. 12—20.Rostrup-Nielsen J., Christiansen L.J. Concepts in Syngas Manufacture. Catalytic Science Series — book 10. Imperial College Press, 2011. 379 p.Rostrup-Nielsen J., Christiansen L.J. Concepts in Syngas Manufacture. Catalytic Science Series — book 10. Imperial College Press, 2011. 379 p.Берлин М.А., Гореченков В.Г., Капралов В.П. Квалифицированная первичная переработка нефтяных и природных углеводородных газов. Краснодар: Советская Кубань, 2012. 520 с.Берлин М.А., Гореченков В.Г., Капралов В.П. Квалифицированная первичная переработка нефтяных и природных углеводородных газов. Краснодар: Советская Кубань, 2012. 520 с.Snytnikov P.V., Potemkin D.I., Uskov S.I., Kurochkin A.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Catal. Ind. 2018. V. 10. № 3. P. 202—216. doi:10.1134/S207005041803011X.Snytnikov P.V., Potemkin D.I., Uskov S.I., Kurochkin A.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Catal. Ind. 2018. V. 10. № 3. P. 202—216. doi:10.1134/S207005041803011X.Zyryanova M.M., Snytnikov P.V., Amosov Yu.I., Belyaev V.D., Kireenkov V.V., Kuzin N.A., Vernikovskaya M.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Fuel. 2013. V. 108. P. 282—291. doi: 10.1016/j.fuel.2013.02.047.Zyryanova M.M., Snytnikov P.V., Amosov Yu.I., Belyaev V.D., Kireenkov V.V., Kuzin N.A., Vernikovskaya M.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Fuel. 2013. V. 108. P. 282—291. doi: 10.1016/j.fuel.2013.02.047.Uskov S.I., Enikeeva L.V., Potemkin D.I., Belyaev V.D., Snytnikov P.V., Gubaidullin I.M., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Catal. Ind. 2017. V. 9. № 2. P. 104—109. doi: 10.1134/S2070050417020118.Uskov S.I., Enikeeva L.V., Potemkin D.I., Belyaev V.D., Snytnikov P.V., Gubaidullin I.M., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Catal. Ind. 2017. V. 9. № 2. P. 104—109. doi: 10.1134/S2070050417020118.Uskov S.I., Potemkin D.I., Shigarov A.B., Snytnikov P.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Chem. Eng. J. 2019. V. 368. P. 533—540. doi: 10.1016/j.cej.2019.02.189.Uskov S.I., Potemkin D.I., Shigarov A.B., Snytnikov P.V., Kirillov V.A., Sobyanin V.A. // Chem. Eng. J. 2019. V. 368. P. 533—540. doi: 10.1016/j.cej.2019.02.189.Голосман Е.З., Ефремов В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. Т. 5. С. 36—55.Голосман Е.З., Ефремов В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. Т. 5. С. 36—55.Uskov S.I., Potemkin D.I., Snytnikov P.V., Belyaev V.D., Bulavchenko O.A., Simonov P.A., Sobyanin V.A. // Mater. Lett. 2018. V. 221. P. 18—21. doi: 10.1016/j.matlet.2018.03.010.Uskov S.I., Potemkin D.I., Snytnikov P.V., Belyaev V.D., Bulavchenko O.A., Simonov P.A., Sobyanin V.A. // Mater. Lett. 2018. V. 221. P. 18—21. doi: 10.1016/j.matlet.2018.03.010.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.