2. Преимущества мембранных реакторов.

МР позволяет улучшить характеристики с точки зрения превращения реакции, селективности продуктов и так далее. Фактически, с помощью так называемого «эффекта сдвига», ограничения термодинамического равновесия могут быть преодолены.

Как отмечают специалисты, преимущества мембранных реакторов очевидны: во-первых, это компактность сооружений, во-вторых, экономичность в эксплуатации, полная  автоматизация работы системы, в-третьих, высокая эффективность.

3. Сферы применения мембранных реакторов.

   1. Производство водорода мембранными реакторами

Мировая экономика в основном основана на использовании ископаемого топлива (нефть, уголь и метан), согласно данным, представленным Международным энергетическим агентством.

В частности, основным источником энергии является нефть, но из-за сокращения ее запасов и увеличения загрязнения окружающей среды из-за выбросов CO2 и других парниковых газов (в мире более 75,0% выбросов CO2 приходится на выбросы). в результате сжигания ископаемого топлива и в последние 70 лет более 30,0% прироста CO2 в процентах от объема, зарегистрированного в атмосфере, настоятельно необходимо разрабатывать новые технологии, а также использовать возобновляемые материалы, такие как альтернатива полученному ископаемому топливу.

Например, топливные элементы были определены как одна из наиболее перспективных технологий для будущей индустрии чистой энергии. Они могут быть применены к крупномасштабным стационарным системам для распределенной выработки электроэнергии, а также для небольших портативных устройств электропитания для микроэлектронного оборудования и вспомогательных силовых агрегатов в транспортных средствах (Wee 2007). По сравнению с другими типами топливных элементов, PEMFC генерируют больше энергии для данного объема или веса топливного элемента. Эта характеристика плотности высокой мощности делает их компактными и легкими. PEMFСы используют чистый водород, и только несколько частей на миллион CO (<10) могут допускаться анодными Pt катализаторами. По этой причине для подачи в топливный элемент PEM строго необходимо использовать поток чистого или, по крайней мере, не содержащего СО водорода.

В промышленности водород получают в реакторах с неподвижным слоем посредством реакций риформинга таких ископаемых видов топлива, как природный газ, бензин и т.д. Тем не менее, как уже упоминалось ранее, для решения проблем, связанных с загрязнением окружающей среды, необходима эксплуатация возобновляемых материалов. Следовательно, водород можно получать с использованием «чистого» топлива (Гольцов, 2001).

Реакция парового риформинга обычно проводится в реакторах с неподвижным слоем и дает поток, содержащий водород, с другими побочными газами, такими как, в основном, СО, СН4 и СО2. Следовательно, с точки зрения подачи PEMFC, водород должен быть очищен посредством следующих процессов: реакция сдвига водяного газа (WGS), адсорбция с изменением давления и / или разделение мембраны Pd и т. Д. В противном случае это может быть экономически более выгодным. использовать селективную МР-проницаемость водорода, способную как проводить реакцию, так и удалять чистый водород в одном устройстве (Basile 2008a, Cheng 2002, Damle 2009, Matsumura 2008, Tosti 2000, Valenti 2008).

В частности, в отличии от традиционных реакторов (ТР) МР могут:

А) объединить химическую реакцию и разделение водорода только в одной системе, уменьшая капитальные затраты;

В) улучшить выход продукта и селективность.

Более того, как уже было сказано, наиболее полезными мембранами, обеспечивающими полную проницаемость для водорода, являются плотные мембраны на основе палладия (Lu 2007). Механизм транспорта, связанный с проникновением водорода через плотную мембрану на основе Pd, представляет собой раствор / диффузию (Ward 1999). Как правило, когда плотная мембрана Pd подвергается воздействию потока водорода при низких температурах (<300 ° C), явление охрупчивания имеет место из-за различных типологий расширения ретикулярных постоянных в системах Pd-H. Возможное решение представлено путем легирования палладия элементами, такими как серебро или медь, для получения фаз Pd-H с увеличенной ступенью ретикулярности и способностью предвидеть расширение ретикулярной структуры из водорода (Hou 2003).

С 1960-х годов производство водорода с помощью МР изучалось в основном с использованием плотных мембран на основе Pd и микропористых мембран из диоксида кремния. Мембраны Pd для производства H2 превосходят все другие материалы благодаря очень высокой растворимости H2 в чистом Pd и их отличной проницаемости по отношению к H2.

В частности, Pd адсорбирует в 600 раз превосходящий свой объем Н2 при комнатной температуре (Julbe 2001b). Для этих характеристик широко исследовались сплавы Pd или Pd на металлических или керамических подложках.

(Amandusson 2001, Dittmeyer 2001, Kikuchi 2000, Li 1993, Paturzo 2002, Roa 2003, Shu 1996, Tong 2005a, Tosti 2003 Uemiya 1991, Wang 2004, Zhang 2006).

Поэтому, как указано в первой части этого параграфа, очень интересно исследовать производство водорода путем реформирования реакции возобновляемых источников, используя инновации, связанные с MР. Однако ниже представлен небольшой обзор по производству водорода на основе классических процессов, таких как паровая конверсия метана, сухое метановое риформинг и частичное окисление метана, а также реакция конверсии водяного газа в сочетании с использованием мембранных реакторов.