Изучение особенностей и диагностика протекания реакции паровой конверсии метанола в микроканальных реакторах

• Автор: Грибовский, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Способы получения водорода

1.2 Катализаторы паровой конверсии метанола.

1.3 Микроканальные пластины и способы закрепления катализатора

1.4 Микрореакторы.

1.5 Заключение по главе 1.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Методики синтеза катализатора.
2.2 Меюдики изготовления МК пластин.
2.3 Микрореакторы для процесса ПКМ
2.4 Методика проведения экспериментов.
ГЛАВА 3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИКРОСТРУКТУГИРОВАИНОГО
КАТАЛИЗАТОРА.
3.1 Сравнение синтезированных катализаторов.
3.2 Эффективность работы катализатора состава СиСеА1
3.3 МК пластины с закрепленным катализатором
3.4 Заключение по главе 3.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РАБОТЫ МИКРОКАНАЛЬНОГО РЕАКТОРА
4.1 Влияние связующих компонентов на активность катализатора
4.2 Влияние геометрии МК пластин
4.3 Материал МК пластин
4.4.1 Кинетические характеристики
4.4.2 Процессы дезактивации катализатора
4.4 Заключение по главе 4.
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ МИКРОРЕАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ ПКМ
5.1 Сравнение микрореакторов с различной геометрией.
5.2 Микрореакторы повышенной мощности.
5.3 Измерение градиентов температур.
5.4 Микрореакторы большой мощности с внутренним нагревом
5.5 Заключение по главе 5.
ВЫВОДЫ.
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Учитывая низкую энергоемкость паровой конверсии метанола, нетрудно прийти к заключению, что метанол является наиболее подходящим источником водорода. Весьма важным признаком, выделяющим метанол, является низкая температура паровой конверсии, а также то, что в ней не образуются нежелательные продукты например, метан которые впоследствии очень трудно удалить из реакционной смеси. Таким образом, по совокупности рассмотренных признаков метанол является наилучшим сырьевым материалом для получения водорода в мобильных энергосистемах. Комплексные системы получения водорода из жидкого или газообразного топлива, называются топливными процессорами. Основными компонентами топливного процессора являются испаритель для жидкого юплива и реактор, в котором происходит преобразование топлива в водород. Поскольку монооксид углерода приводит к быстрой деградации катализатора в низкотемпературных топливных элементах, то его необходимо удалять из системы. Это делается в специальном реакторе селективного окисления монооксида углерода, который также входит в состав топливного процессора. После этого чистый водородсодержащий газ поступает и топливный элемент, где водород реагирует с кислородом. Оставшийся на выходе топливного элемента водород используется в каталитической камере сгорания с целью получения необходимого количества тепла для нагрева испарителя и реактора. Топливнопроцессорные модули для портативных применений должны иметь небольшие габариты и вес, поэтому разработка микрореакторных систем для получения водорода из водородсодержащего сырья должны стать важной составляющей в бурно развивающейся области топливных элементов и микроэнергстики. Отличительные особенности микрореакторов это легко достигаемая изотермичность и возможность быс трого изменения параметров реакции. Большое отношение поверхности микроканалон к их объему обеспечивает необходимое для протекания реакции число соударений реагирующих молекул со стенками микрореактора в единицу времени и очень высокие скорости массо и тсплопсрсиоеа на 1 2 порядка выше, чем в обычных реакторах. Как известно, более водорода, получаемого в промышленности, производится в результате паровой конверсии углеводородов. Чаще всего в качестве водородсодержащего сырья используется природный газ, состоящий, главным образом, из метана. Паровая конверсия обычно проводится на 1 содержащих катализаторах при температуре 0 С и атмосферном давлении. Помимо этого, для проведения паровой конверсии метана могут использоваться Рб мембраны. В этом случае конверсия метана достигает . Состав газовой смеси зависит от мольного соотношения между углеводородом и водой. Чем больше содержание воды, тем меньше концентрация оксида углерода в газовой смеси, выходящей из реактора. Реакция может идти как в присутствии катализатора, так и без него. Без катализатора процесс идет при температуре С. На содержащем катализаторе, при отношении СШ21 реакция идет при температуре 0 0С. Слой катализатора может быть неподвижным или кипящим. Она интересна тем, что в результате получается низкое значение отношения водорода к оксиду углерода, равное 1. Комбинация некаталитнческого парциального окисления и паровой конверсии метана называется автотермической конверсией. Он идет при температуре 0 0С. Такой процесс позволяет существенно снизить размеры реактора, однако при его реализации очень важно строго фиксировать соотношение между кислородом и метаном, чтобы избежать возможности взрыва. Гомологи метана пропан и бутан более интересны как первичное топливо. Они легко сжижаются, и их риформинг, согласно термодинамическим данным, должен протекать при более низких температурах. Однако при низких температурах процесс может быть осложнен протеканием реакций метакировапия, а также образованием более сложных органических продуктов. Другая проблема связана с возможностью образования углерода, что может привести к уменьшению выхода водорода вследствие блокировки 0верхносги катализатора. Паровой риформинг бензиновых фракции, одним из компонентов которых является изооктан, также может быть использован для получения водорода 8.