Реферат: Использование компактных каталитических мембранных реакторов, в которых в одном пространстве расположены высокоактивный катализатор и мембрана с селективной водородной проницаемостью, является эффективным, недорогим и экологически чистым способом получения чистого водорода из биотоплив [1, 2]. Настоящая работа посвящена разработке технологии получения водорода с использованием реакторов на основе нанесенных асимметричных протонпроводящих мембран и высокоактивных блочных каталитизаторов в реакции паровой конверсии этанола. Для создания газоплотного слоя каталитической мембраны был синтезирован нанокомпозит NiCu/Nd5,5WO11,25-δ, с использованием порошка вольфрамата неодима (Nd5,5WO11,25-δ) и суспензии наночастиц никель-медного сплава, полученных методом механической активации и модифицированным методом Пекини, соответственно. Нанесение нанокомпозита на подложки с градиентной пористостью на основе Ni-Al пеносплава осуществлялось с топливной стороны мембраны из суспензии с последующей прокалкой при 1100 °C в потоке водорода до достижения газоплотной структуры. Блочный носитель сотовой структуры был изготовлен на основе фольги из Fe-Cr-Al сплава с защитным слоем α-Al2O3. Активный компонент, состоящий из γ-Al2O3, Pr0,3-xSmxCe0,35Zr0,35O2, Ni + Ru наносили методом пропитки. Для проведения реакции паровой конверсии этанола была разработана конструкция реактора, сочетающая в одном пространстве катализатор и мембрану. Тесты проведены с использованием специально созданной установки. Впервые полученная данная конструкция мембранного каталитического реактора была протестирована с варьированием таких параметров как концентрации и скорость подачи исходных реагентов, температурные режимы. Наблюдается почти полная конверсия этанола за счет высокой активности каталитического блока. Показано, что оптимальными условиями подавления коксообразования являются использование смеси этанола и воды с соотношением 1/6 в низкотемпературном режиме, либо с соотношением 1/4 в области средних температур. Кроме коксообразования, существуют другие побочные процессы, негативно влияющие на выход синтез -газа, в частности, образование метана и CO2. Показано, что разбавление исходной топливной смеси способствует образованию CO2 только в случае обедненной этанолом смеси, при обогащении гораздо большее влияние оказывает температура процесса. В области высоких температур выход метана минимален и не зависит от прочих параметров. Обогащение смеси этанолом смещает максимум выхода метана в среднетемпературную область, а разбавление смеси приводит к снижению выхода метана во всех случаях. Наблюдается тенденция уменьшения выхода синтез-газа при разбавлении смеси аргоном и уменьшении температуры, причем зависимость от температуры в ряде случаев носит немонотонный характер (Рис. 1(а)). Типичные значения водородной проницаемости мембраны составили ~ 3 Нмл H2/(см2мин) при 800 °C (Рис. 1(б)), что является высоким показателем и обеспечивается высокой смешанной протонной-электронной проводимостью нанокомпозита NiCu/Nd5,5WO11,25-δ [2]. Для мембраны с нанесенными слоями катализатора в реакции паровой конверсии этанола проницаемость была не выше 1,2 Нмл H2/(см2мин) [2], что показывает преимущество блочного катализатора. Проницаемость растет при увеличении содержания этанола в смеси, что увеличивает выход водорода и разницу его парциальных давлений с топливной и продувочной сторон – движущую силу переноса через мембрану. Энергия активации водородной проницаемости (15 – 20 кДж/моль) определяется не только подвижностью протонов, но и сопряженным переносом электронов, а также массопереносом в микропористом слое мембраны с градиентной пористостью.

Библиографическая ссылка: Садыков В.А. , Краснов А.В. , Беспалко Ю.Н. , Еремеев Н.Ф. , Сморыго О.Л.
Получение водорода из этанола в мембранном реакторе с блочным катализатором
IV Российский конгресс по катализу «РОСКАТАЛИЗ» 20-25 сент. 2021