3.1.1. Паровой риформинг метана

Обычно водород получают путем использования метана в качестве производного ископаемого топлива в реакциях риформинга. В настоящее время 80,0–85,0% поставок водорода в мире производится реакцией парового риформинга метана в реакторах с неподвижным слоем (Simpson 2007).

CH₄ + 2H₂O ⇆ 4H₂ + CO₂ dH^°_{298 K} = 165.0 kJ/mol

Кроме того, метан может быть получен из возобновляемых источников через биогаз, образующийся при сбраживании органических веществ, включая навоз, отстой сточных вод, твердые бытовые отходы (включая свалки) или любое другое биоразлагаемое сырье, в анаэробных условиях. Состав биогаза варьируется в зависимости от происхождения процесса анаэробного сбраживания. Передовые технологии переработки отходов позволяют производить биогаз с 55,0 - 75,0% CH4 с использованием методов очистки на месте (Richards 1994).

Однако большая часть специализированной литературы по области SRM посвящена изучению оптимальных условий реакции и наиболее адекватного катализатора, используемого во время реакции в ТР.

В последние десятилетия альтернативная технология мембранных реакторов применялась для реакции SRM с целью получения водорода с преимуществами, ранее сообщенными в этой работе. В частности, были опубликованы недавние обзоры, касающиеся современного уровня производства водорода с помощью реакции SRM, выполняемой MР (Ritter 2007, Barelli 2008). Кроме того, в различных научных работах рассматриваются различные МР (основанные главным образом на плотном палладиевом материале и мембранах из его сплавов) для производства водорода по реакции SRM (Chen 2008, Gallucci 2008c, Haag 2007, Tong 2005b, Tsuru 2006a).

3.1.2. Сухой риформинг метана

Другим подходом для получения водорода в МР является сухое риформинг метана:

CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 dH ° 298 K = +247,0 кДж / моль

В частности, реакция сухого риформинга метана может уменьшить количество парниковых газов, присутствующих в атмосфере. Важным ограничением для превращения метана в сухом риформинге в коммерчески жизнеспособную реакцию с использованием TР является термодинамика, которая ограничивает конверсию. Тем не менее, при МР конверсия метана (и диоксида углерода) может быть увеличена, хотя продукты реакции (или предпочтительно только водород) селективно удаляются из реакции.

3.1.3. Частичное окисление метана

Как паровой риформинг, так и сухой риформинг метана являются эндотермическими реакциями. Напротив, частичное окисление метана является экзотермической реакцией, в которой основным недостатком ТР является термодинамика. Например, повышение давления дает снижение равновесных конверсий метана

CH4 + 1 / 2O2 = CO + 2H2 dH ° 298 K = -36,0 кДж / моль

Следовательно, MР позволяет преодолеть эти термодинамические ограничения, достигая высокой конверсии метана при низкой температуре по сравнению с ТР.

Используя плотную мембрану на основе Pd относительно TР, осуществляемого в тех же условиях, Базиль и соавт. заявил, что:

• конверсия метана заметно выше в MР, чем в TР, при фиксированной температуре.

• MР на основе Pd показывает самую высокую конверсию метана (96,0% при 550 ° C и 1,2 бар).

• MР конверсии метана превышают термодинамическое равновесное превращение.

Инь и соавт. (2008) использовали трубчатую МР для корреляции разделения воздуха с каталитическим частичным окисление метана. МР состоял из трех кольцевых слоев: пористый и тонкий катодный слой, плотный и тонкий смешанный проводящий слой и пористый, толстый анодный слой. При 850 ° C в качестве наилучшего результата были получены высокая конверсия метана (> 90,0%), селективность по СО (> 90,0%) и селективность по водороду (> 80,0%).

Ченг и соавт. (2009) с использованием MР, снабженного мембраной на основе Pd, для проведения реакции частичного окисления метана, с наилучшим результатом было получено 97,0% чистоты водорода, 85,0% конверсии метана и 98,0% конверсии кислорода.