Низкотемпературная паровая конверсия природного газа в метано-водородные смеси

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.

1. 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.

2. Swain M.R., Yuzuf M.J., Dülger Z., Swain M.N. // SAE Tech. Pap. 1993. № 412. P. 932775. doi: 10.4271/932775.

3. Cattelan A., Wallace J. // SAE Tech. Pap. 1995. № 412. P. 952497. doi: 10.4271/952497.

4. Cinti G., Bidini G., Hemmes K. // Appl. Energy. 2019. V. 238. P. 69—77. doi: 10.1016/J.APENERGY.2019.01.039.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Elreedy A., Fujii M., Tawfik A. // Bioresour. Technol. 2017. V. 223. P. 10—19. doi: 10.1016/j.biortech.2016.10.026.

13. 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.

14. https://www.bbc.com/news/science-environment-50873047

15. 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.

16. Rostrup-Nielsen J., Christiansen L.J. Concepts in Syngas Manufacture. Catalytic Science Series — book 10. Imperial College Press, 2011. 379 p.

17. Берлин М.А., Гореченков В.Г., Капралов В.П. Квалифицированная первичная переработка нефтяных и природных углеводородных газов. Краснодар: Советская Кубань, 2012. 520 с.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. Голосман Е.З., Ефремов В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. Т. 5. С. 36—55.

23. 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.