Вариация формы каталитических блоков в процессе автотермического риформинга гексадекана, пропана и метана методом математического моделирования

Проведено математическое моделирование автотермического риформинга гексадекана, пропана и метана на каталитических блоках разной геометрической формы. Было показано, что выпуклая в сторону набегающего реакционного потока форма блока может повысить максимальную температуру в лобовой зоне, в то время как вогнутая форма способствует более равномерному распределению температуры по всей длине каталитического слоя. В работе также было исследовано влияние реакционной скорости потока на изменение температурного градиента, что впоследствии может быть использовано для предотвращения образования локальных перегревов и дезактивации катализатора. Полученные результаты могут служить основой для будущих исследований в области автотермического риформинга и оптимизации геометрических параметров катализаторов конверсии углеводородных топлив в синтез-газ.

1. Rahim Malik F., Yuan H. B., Moran J. C., Tippayawong N. Overview of hydrogen production technologies for fuel cell utilization // Engineering Science and Technology, an International Journal. Elsevier, 2023. Vol. 43. P. 101452.

2. Bazhenov S., Dobrovolsky Y., Maximov A., Zhdaneev O. V. Key challenges for the development of the hydrogen industry in the Russian Federation // Sustainable Energy Technologies and Assessments. Elsevier, 2022. Vol. 54. P. 102867.

3. Bae M., Cheon H., Oh J., Kim D., Bae J., Katikaneni S. P. Rapid start-up strategy of 1 kW diesel reformer by solid oxide fuel cell integration // Int J Hydrogen Energy. 2021. Vol. 46, № 52. P. 26575–26581.

4. Hazrat M. A., Rasul M. G., Jahirul M. I., Chowdhury A. A., Hassan N. M. S. Techno-economic analysis of recently improved hydrogen production pathway and infrastructure // Energy Reports. Elsevier, 2022. Vol. 8. P. 836–844.

5. Netzkina O. V., Komova O. V., Simagina V. I. Development of Effective Cobalt Catalysts for Hydrogen-Generating Solid Phase Compositions Based on Sodium Borane // Kataliz v promyshlennosti. 2017. Vol. 17, № 6. P. 527–533.

6. Kirillov V. A., Shigarov A. B., Kuzin N. A., Kireenkov V. V., Braiko A. S., Burtsev N. V. Ni/MgO catalysts on structured metal supports for air conversion of lower alkanes to synthesis gas // Kataliz v promyshlennosti. 2019. Vol. 19, № 5. P. 351–363.

7. Badmaev S. D., Belyaev V. D., Potemkin D. I., Snytnikov P. V., Sobyanin V. A., Kharton V. V. Decomposition of methanol to syngas on supported Pt-containing catalysts // Kataliz v promyshlennosti. 2023. Vol. 23, № 2. P. 26–33.

8. Potemkin D. I., Rogozhnikov V. N., Uskov S. I., Shilov V. A., Snytnikov P. V., Sobyanin V. A. Coupling pre-reforming and partial oxidation for LPG conversion to syngas // Catalysts. MDPI, 2020. Vol. 10, № 9. P. 1–7.

9. Shilov V., Potemkin D., Rogozhnikov V., Snytnikov P. Recent Advances in Structured Catalytic Materials Development for Conversion of Liquid Hydrocarbons into Synthesis Gas for Fuel Cell Power Generators // Materials. 2023. Vol. 16, № 2. P. 599.

10. Levikhin A. A., Boryaev A. A. Energy-saving, environmentally friendly production of hydrogen from the hydrocarbon feed // Sustainable Energy Technologies and Assessments. Elsevier, 2022. Vol. 54. P. 102876.

11. Shilov V. A., Rogozhnikov V. N., Zazhigalov S. V., Potemkin D. I., Belyaev V. D., Shashkov M. V., Zagoruiko A. N., Sobyanin V. A., Snytnikov P. V. Operation of Rh/Ce0.75Zr0.25O2-δ-ƞ-Al2O3/FeCrAl wire mesh honeycomb catalytic modules in diesel steam and autothermal reforming // Int J Hydrogen Energy. Elsevier Ltd, 2021. Vol. 46, № 72. P. 35866–35876.

12. Kim D., Choi S., Jeong S., Bae M., Katikaneni S. P., Bae J., Heo S., Lee J. H. Kinetic modeling of diesel autothermal reforming for fuel cell auxiliary power units // Chemical Engineering Journal. Elsevier B.V., 2021. Vol. 424.

13. Jeong S., Kim D., Lee J. H. Modeling and Simulation of Autothermal Reforming Reactor of Diesel over Ni-based Catalyst in Solid Oxide Fuel Cell based Auxiliary Power Unit System // Computer Aided Chemical Engineering. 2018. Vol. 44. 613–618 p.

14. Ruban N., Rogozhnikov V., Zazhigalov S., Zagoruiko A., Emelyanov V., Snytnikov P., Sobyanin V., Potemkin D. Composite Structured M/Ce0.75Zr0.25O2/Al2O3/FeCrAl (M = Pt, Rh, and Ru) Catalysts for Propane and n-Butane Reforming to Syngas // Materials. 2022. Vol. 15, № 20. P. 7336.

15. Zazhigalov S. V., Shilov V. A., Rogozhnikov V. N., Potemkin D. I., Sobyanin V. A., Zagoruiko A. N., Snytnikov P. V. Mathematical modeling of diesel autothermal reformer geometry modifications // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 442. P. 136160.