Получение водорода для низкотемпературных топливных элементов риформингом синтетического дизельного топлива

Представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований парового риформинга синтетической дизельной фракции (СДФ) на промышленном катализаторе метанирования марки НИАП-07-01 с целью получения водорода для топливных элементов. СДФ (температура кипения 180–290 °С), полученная синтезом Фишера–Тропша на цеолитсодержащем катализаторе Со/SiO2/ZSM-5/Al2O3, состоит из углеводородов С11–С18 (88 %), и небольшого количества фракции С5-С10 (10,8 %). Установлено, что при отношении Н2О/С = 3,03 в области температур 450–650 °С в состоянии равновесия конверсия СДФ составляет практически 100 %, на никелевом катализаторе полная конверсия СДФ достигается при температуре выше 600 °С. Основными продуктами конверсии являются водород, метан и диоксид углерода, при этом концентрация водорода значительно выше, а метана – ниже расчетных равновесных значений. Катализатор НИАП-07-01 проявляет высокую активность и селективность по водороду. Максимальный выход водорода составляет 279 г Н2/(кг СДФ) при 650 °С, концентрация Н2 в конвертированном газе 66,5 %. Расчеты показали, что для обеспечения водородом энергетической установки мощностью 10 кВт на базе низкотемпературного топливного элемента с протонообменной мембраной на основе Pt/C катализатора расход СДФ составит 2,8 кг/ч.

1. Holladay J.D., Wang Y. A review of recent advances in numerical simulations of microscale fuel processor for hydrogen production // Journal of Power Sources. 2015. V. 282. Р. 602-621. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.01.079

2. Moraes T.S., da Silva H.N.C., Zotes L.P., Mattos L.V., Borges L.E.P., Farrauto R., Noronha F.B. A techno-economic evaluation of the hydrogen production for energy generation using an ethanol fuel processor // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 39. Р. 21205-21219. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.06.182

3. Sayar A., Eskin N. Experimental and theoretical analysis of a natural gas fuel processor // International Journal of Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 2. Р. 1569-1582. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.10.036

4. Kirillov V.A., Shigarov A.B., Amosov Y.I., Belyaev V.D., Gerasimov E.Y. Production of pure hydrogen from diesel fuel by steam pre-reforming and subsequent conversion in a membrane reactor // Petroleum Chemistry. 2018. V. 58. Р. 103-113. DOI: 10.1134/S0965544118020020

5. Кириллов В.А., Шигаров А.Б., Амосов Ю.И., Беляев В.Д., Урусов А.Р. Предриформинг дизельного топлива в метановодородные смеси // Теоретические основы химической технологии. 2015. V. 49. № 1. Р. 32-32.

6. Яковенко Р.Е., Ильин В.Б., Савостьянов А.П., Зубков И.Н., Дульнев А.В., Семенов О.А. Конверсия сжиженных углеводородных газов на промышленных никелевых катализаторах // Катализ в промышленности. V. 19, № 6, 2019, С. 455-464.

7. Нарочный Г.Б., Зубков И.Н., Савостьянов А.П., Аллагузин И.Х., Лавренов С.А., Яковенко Р.Е. Бифункциональный кобальтовый катализатор для синтеза низкозастывающего дизельного топлива методом Фишера–Тропша – от разработки к внедрению. Часть 3. Опыт промышленной реализации технологии приготовления // Катализ в промышленности. 2024. V. 24. № 1. C. 34-43. DOI: 10.18412/1816-0387-2024-1-34-43