Dieselpolttoaineen autoterminen reformointi

Kasvava energiantarve luo paineita perinteisten energiajärjestelmien korvaamiselle. Tällöin polttokennot ovat varteenotettava vaihtoehto. Niiden ideaalinen polttoaine on vety. Vedyn tuotantotekniikoita on kehitetty vastaamaan polttokennosovellusten tarpeita. Perinteisten hiilivetypolttoaineiden, kuten dieselin, autotermisella reformoinnilla (ATR) voidaan vetyä tuottaa paikan päällä, jolloin vältytään sen varastointiin liittyviltä ongelmilta. ATR -prosessissa haasteena on katalyyttien deaktivoituminen prosessin vaatimissa korkeissa lämpötiloissa, joissa reaktiiviset hiilivedyt koksaavat katalyytin herkästi. Polttokennosovelluksiin sijoitettavien reformerien katalyyttien on oltava erittäin aktiivisia, selektiivisiä ja stabiileja, jos halutaan katalyytin olevan kiinteä osa sähköä tuottavaa laitetta. Tällöin sitä ei laitteen eliniän aikana voida vaihtaa. Tässä diplomityössä tutkittiin dieselpolttoaineen ATR:ssa käytettäville jalometallikatalyyteille muodostunutta koksia. Kirjallisuusselvityksen avulla selvitettiin aluksi reformointiprosesseissa koksin muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä ja koksin karakterisoinnin menetelmiä. Työn kokeellisessa osassa testattiin kolme itse valmistettua jalometallikatalyyttia (RhPt, Rh ja Pt) ja niiden kantaja (Zr02), sekä yksi kaupallinen katalyytti. ATR -kokeet suoritettiin dieselin malliaineena käytetyllä n-heksadekaanilla kolmessa eri lämpötilassa (600 °C, 700 °C ja 800 °C). Viiden tunnin ATR -reaktion aikana katalyyteille muodostuneen koksin tutkimisessa sovellettiin lämpötilaohjelmoitua hapetusta (TPO). Menetelmän avulla on mahdollista tutkia koksin kemiallista luonnetta ja sijaintia katalyytilla. Lisäksi verrattiin katalyyteille eri lämpötilassa muodostuneen koksin määrää kokeissa saavutettuihin tuotejakaumiin. Tutkimuksen tuloksena todettiin bimetallisille katalyyteille muodostuvan koksin olevan luonteeltaan erilaista kuin monometallisille, millä voidaan olettaa olevan merkitystä pidemmissä ajoissa. Tutkituista lämpötiloista vähiten koksia muodostui 800 °C:ssa, jossa koksin muodostuksen arvioitiin vähentyvän sen kaasuuntuessa tehokkaammin katalyytiltä kokeen aikana. Tulosten perusteella voidaan arvioida ATR -reaktion aikana koksin muodostumiseen vaikuttaneita tekijöitä. Tämä mahdollistaa prosessiolosuhteiden optimoinnin niin, että koksin muodostus on minimoitu. Koetuloksia voidaan käyttää myös reformointikatalyyttien edelleen kehittämiseen