Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Получение водорода низкотемпературным окислительным водно-паровым реформингом этанола на катализаторе Ni/ZnO

https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.07-09.062-072

Полный текст:

Аннотация

Исследован процесс окислительного низкотемпературного водно-парового реформинга этанола в проточном трубчатом кварцевом реакторе при атмосферном давлении в интервале температур 300-450 °С для получения водорода с минимальным содержанием монооксида углерода на ранее разработанном катализаторе Ni/ZnO (20 мас.% никеля). Катализатор готовили пропиткой промышленного порошка оксида цинка нитратом никеля с последующим прокаливанием и восстановлением оксида никеля. Использовались водно-этанольные смеси с молярным отношением «этанол - вода» от 1:2 до 1:13. Поток жидкой смеси составлял 0,45-1,55 г/час. Вместе со смесью в реакционную зону подавался воздух с таким расчетом, чтобы молярное отношение «кислород - этанол» изменялось в интервале 0,5-1,2. Анализ газовой фазы осуществлялся на газовом хроматографе «Цвет-500». В качестве детектора применялся катарометр.

Показана довольно высокая эффективность катализатора Ni/ZnO при получении водорода в процессе окислительного водно-парового реформинга этанола при относительно низких температурах. Основными продуктами реформинга этанола являлись водород, метан и двуокись углерода. Конверсия этанола происходила уже при 300 °С, а при 450 °С протекала практически полностью (99 %). Содержание водорода в продуктах реформинга во всех исследованных случаях находилось в интервале 45-60 об.%, выход водорода составлял при температуре 450 °С 1,6 моля на 1 моль этанола. При этом наблюдалось более высокое содержание двуокиси углерода, достигающее 45 об.%, и более низкое содержание метана, в 4-10 раз меньше водорода, в отличие от водно-парового реформинга этанола, где содержание двуокиси углерода составляло 15-20 об.%, а метана - всего в 2-2,5 раза меньше водорода.

Во всей исследованной области температур при малом времени контакта (0,5-0,6 сек) реакционной смеси с катализатором и при повышенном молярном отношении «кислород - этанол» в газовой фазе практически полностью отсутствовал монооксид углерода, что позволяет использовать полученную богатую водородом смесь для питания топливных элементов на протонообменных мембранах.

Об авторах

Н. В. Лапин
ФГБУН Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Россия

Николай Васильевич Лапин - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИПТМ РАН.

Д. 6, ул. Академика Осипьяна, Черноголовка, Московская обл., 142432, тел.: +7(496)524-40-15; факс: 8(496)524-42-25

h-index 3


В. В. Гринько
ФГБУН Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Россия

Валерий Васильевич Гринько - кандидат химических наук, младший научный сотрудник ИПТМ РАН.

Д. 6, ул. Академика Осипьяна, Черноголовка, Московская обл., 142432, тел.: +7(496)524-40-15; факс: 8(496)524-42-25

h-index 3



В. С. Бежок
ФГБУН Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Россия

Владимир Сергеевич Бежок - младший научный сотрудник ИПТМ РАН.

Д. 6, ул. Академика Осипьяна, Черноголовка, Московская обл., 142432, тел.: +7(496)524-40-15; факс: 8(496)524-42-25

h-index 3



А. Ф. Вяткин
ФГБУН Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН)
Россия

Анатолий Федорович Вяткин - доктор физико-математических наук, профессор, заместитель директора ИПТМ РАН.

Д. 6, ул. Академика Осипьяна, Черноголовка, Московская обл., 142432, тел.: +7(496)524-40-15; факс: 8(496)524-42-25

A-index 9



Список литературы

1. Luo, M. Review of hydrogen production using chemical-looping technology / M. Luo [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2018. - Vol. 81. - Part 2. - P. 3186-3214.

2. Nikolaidis, P. A comparative over view of hydrogen production processes / P. Nikolaidis, A. Poul-likkas // Renewable and Sustainable Energy Reviews. -2017. - Vol. 67. - P. 597-611.

3. Guandalini, G. Comparative assessment and safety issues in state-of-the-art hydrogen production technologies / G. Guandalini [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2016. - Vol. 41. - No 42. - P. 18901-18920.

4. Frusteri, F. Hydrogen production by reforming of bio-alcohols. Chapter 5 / F. Frusteri, G. Bonura. - Compendium of Hydrogen Energy. - Woodhead Publishing, 2015. - P. 109-136.

5. Khila, Z. Thermo-environmental life cycle assessment of hydrogen production by autothermal reforming of bioethanol / Z. Khila [et al.] // Energy for Sustainable Development. - 2017. - Vol. 37. - P. 66-78.

6. Llorca, J. Hydrogen from Bioethanol. Chapter 7 / J. Llorca [et al.]. - Renewable Hydrogen Technologies. Elsevier Science, 2013; pp. 135-169.

7. Baruah, R. Advances in ethanol autothermal reforming / R. Baruah [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - Vol. 51. - P. 1345-1353.

8. Hung, Ch-Ch. Oxidative steam reforming of ethanol for hydrogen production on M/Al2O3 / Ch-Ch. Hung [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2012. - Vol. 37. -No. 6. - P. 4955-4966.

9. Hou, T. Hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol over Ir/CeO2 catalysts in a micro-channel reactor / T. Hou [et al.] // Chem. Eng. J. -2014. - Vol. 255. - P. 149-155.

10. Han, X. Hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol over Ir catalysts supported on Ce-La solid solution / X. Han [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. - No. 16. - P. 11177-11186.

11. Baruah, R. Oxidative steam reforming of ethanol on rhodium catalyst- I: Spatially resolved steady-state experiments and microkinetic modeling / R. Baruah [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. - No. 15. - P. 10184-10198.

12. Peela, N.R. Oxidative steam reforming of ethanol over Rh based catalysts in a micro-channel reactor / N.R. Peela, D. Kunzru // Int. J. Hydrogen Energy. - 2011. - Vol. 36. - No. 5. - P. 3384-3396.

13. Anamika, S. Oxidative Steam Reforming of Bioethanol over Rh/CeO2-ALO3 Catalyst for Hydrogen Production / S. Anamika, KK. Pant // Thermodynamics & Catalysis. - 2013. - Vol. 4. - No. 1. - P. 119-124.

14. Han, X. Hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol over rhodium catalysts supported on Ce-La solid solution / X. Han [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2013. - Vol. 38. - No. 25. - P. 10293-10304.

15. Graschinsky, C. Ethanol Oxidative Steam Reforming over Rh(1%)/MgAhO4/Al2O3 Catalyst / C. Graschinsky [et al.] // Ind. Eng. Chem. Res. - 2014. -Vol. 53. - P. 15348-15353.

16. Mondal, T. Catalytic oxidative steam reforming of bio-ethanol for hydrogen production over Rh promoted Ni/CeO2-ZrO2 catalyst / T. Mondal [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2015. - Vol. 40. - No. 6. - P. 25292544.

17. Mondal, T. Oxidative and non-oxidative steam reforming of crude bio-ethanol for hydrogen production over Rh promoted Ni/CeO2-ZrO2 catalyst / T. Mondal [et al.] // Appl. Catal. A. - 2015. - Vol. 499. - P. 19-31.

18. Palma, V. Oxidative steam reforming of ethanol on mesoporous silica supported Pt-Ni/CeO2 catalysts / V. Palma [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. - No. 3. - P. 1598-1608.

19. Palma, V. Highly active and stable Pt-Ni/CeO2-SiO2 catalysts for ethanol reforming / V. Palma [et al.] // J. of Cleaner Production. - 2017. - Vol. 166. - P. 263-272.

20. Greluk, M. Steam reforming and oxidative steam reforming of ethanol over PtKCo/CeO2 catalyst / M. Gre-luk [et al.] // Fuel. - 2016. - Vol. 183. - P. 518-530.

21. Lima, S.M. de. Hydrogen production through oxidative steam reforming of ethanol over Ni-based catalysts derived from Lai-xCexNiO3 perovskite-type oxides / S.M. de Lima [et al.] // Appl. Catal. B. - 2012. - Vol. 121-122. - P. 1-9.

22. Weng, S-F. Hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol on nickel-substituted pyro-chlore phase catalysts / S-F. Weng [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. - No. 5. - P. 28492860.

23. Fang, W. Room Temperature Hydrogen Production from Ethanol over CeNiXHZOY Nano-Oxyhydride Catalysts / W. Fang [et al.] // Chem. Cat. Chem. - 2013. - Vol. 5. - No. 8. - P. 2207-2216.

24. Pirez, C. Steam reforming, partial oxidation and oxidative steam reforming for hydrogen production from ethanol over cerium nickel based oxyhydride catalyst / C. Pirez [et al.] // Appl. Catal. A. - 2016. - Vol. 518. -P. 78-86.

25. Fang, W. Advanced functionalized Mg2AlNiXHZOY nano-oxyhydrides ex-hydrotalcites for hydrogen production from oxidative steam reforming of ethanol / W. Fang [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. -2016. - Vol. 41. - No. 34. - P. 15443-15462.

26. Andonova, S. Structure and redox properties of Co promoted Ni/ALO3 catalysts for oxidative steam reforming of ethanol / S. Andonova [et al.] // Appl. Catal. B. - 2011. - Vol. 105. - No. 3-4. - P. 346-360.

27. Guil-Lopez, R. Hydrogen production by oxidative ethanol reforming on Co, Ni and Cu ex-hydrotalcite catalysts / R. Guil-Lopez [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2011. - Vol. 36. - No. 2. - P. 1512-1523.

28. Munoz, M. Oxidative steam reforming of ethanol (OSRE) over stable NiCo-MgAl catalysts by microwave or sonication assisted coprecipitation / M. Munoz [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2017. - Vol. 42. -No. 17. - P. 12284-12294.

29. Greluk, M. Comparative study on steam and oxidative steam reforming of ethanol over 2KCo/ZrO2 catalyst / M. Greluk [et al.] // Catalysis Today. - 2015. -Vol. 242. - Part A. - P. 50-59.

30. Morales, M. Steam reforming and oxidative steam reforming of ethanol over La0.6Sr0.4CoO3 - I per-ovskite as catalyst precursor for hydrogen production / M. Morales, M. Segarra // Appl. Catal. A. - 2015. - Vol. 502. - P. 305-311.

31. Керженцев, М.А. Структурные и морфологические свойства носителей Ce1-xMxOy (M = Gd, La, Mg) для катализаторов автотермической конверсии этанола / М.А. Керженцев [и др.] // ЖСХ. - 2017. - T. 58 - № 1. - C. 133-141.

32. Iulianelli, A. Hydrogen production from ethanol via inorganic membrane reactors technology: a review / A. Iulianelli, A. Basile // Catal. Sci. Technol. - 2011. -Vol. 1. - No. 3. - P. 366-379.

33. Zhu, N. Toward highly-effective and sustainable hydrogen production: bio-ethanol oxidative steam reforming coupled with water splitting in a thin tubular membrane reactor / N. Zhu [et al.] // Chem. Commun. - 2012. - Vol. 48. - No. 57. - P. 7137-7139.

34. Tosti, S. Pd-based membrane reactors for producing ultra pure hydrogen: Oxidative reforming of bioethanol / S. Tosti [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. - 2013. - Vol. 38. - No. 1. - P. 701-707.

35. Iulianelli, G. From bioethanol exploitation to high grade hydrogen generation: Steam reforming promoted by a Co-Pt catalyst in a Pd-based membrane reactor / A. Iulianelli [et al.] // Renewable Energy. - 2018. -Vol. 119. - P. 834-843.

36. Nieto-Marqueza, A. Autothermal reforming and water-gas shift double bed reactor for H2 production from ethanol / A. Nieto-Marqueza [et al.] // Chemical Engineering & Processing. - 2013. - Vol. 74. - P. 14-18.

37. Hou, T. Hydrogen production from ethanol reforming: Catalysts and reaction mechanism / T. Hou [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. -2015. - Vol. 44. - P. 132-148.

38. Лапин, Н.В. Получение водорода каталитическим пиролизом этанола на никелевом катализаторе / Н.В. Лапин [и др.] // ЖФХ. - 2009. - Т. 83 - № 10. -С. 1-5.

39. Лапин, Н.В. Низкотемпературный реформинг этанола на никель- медном катализаторе / Н.В. Лапин, В.С. Бежок // ЖПХ. - 2011. - Т. 84. - № 6. - С. 983-987.

40. Лапин, Н.В. Получение водорода для питания топливных элементов низкотемпературной конверсией этанола на катализаторах Ni/ZnO и Ni-Cu/ZnO / Н.В. Лапин [и др.] // ЖПХ. - 2014. - Т. 87. -№ 5. - С. 619- 623

41. Лапин, Н.В. Выбор носителя катализатора для снижения содержания моноокиси углерода при реформинге этанола / Н.В. Лапин [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2015. - № 21. - С. 216-221.

42. Гринько, В.В. Низкотемпературная водно паровая конверсия этанола на катализаторе Ni/ZnO в микроканальном реакторе / В.В. Гринько [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). - 2016. - № 15. -18. - С. 112-121.

43. Rabenstein, G. Hydrogen for fuel cells from ethanol by steam-reforming, partial-oxidationand combined auto-thermal reforming: A thermodynamic analysis / G. Rabenstein, V. Hacker // J. of Power Sources. - 2008. -Vol. 185. - No. 2. - P. 1293-1304.

44. Graschinsky, C. Thermodynamic analysis of hydrogen production by autothermal reforming of ethanol / C. Graschinsky [et al.] // Int. J. Hydrogen Energy. -2012. - Vol. 37. - No. 13. - P. 10118-10124.

45. Liu, S. Thermodynamic Analysis of Hydrogen Production from Oxidative Steam Reforming of Ethanol / S. Liu [et al.] // Energy & Fuels. - 2008. - Vol. 22. - P. 1365-1370.


Для цитирования:


Лапин Н.В., Гринько В.В., Бежок В.С., Вяткин А.Ф. Получение водорода низкотемпературным окислительным водно-паровым реформингом этанола на катализаторе Ni/ZnO. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2019;(7-9):62-72. https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.07-09.062-072

For citation:


Lapin N.V., Grinko V.V., Bezhok V.S., Vyatkin A.F. Hydrogen Production by Low-Temperature Oxidative Water-Steam Reforming of Ethanol on Ni/ZnO Catalyst. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2019;(7-9):62-72. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2019.07-09.062-072

Просмотров: 301


ISSN 1608-8298 (Print)