Приложение В (справочное). Обоснование перечня определяемых примесей в водородном топливе для топливных элементов с ПОМ для стационарных энергоустановок

Приложение В
(справочное)

Обоснование перечня определяемых примесей в водородном топливе для топливных элементов с ПОМ для стационарных энергоустановок

В.1 Содержание воды

Вода (Н ₂O) обычно не влияет на работу топливного элемента; однако она обеспечивает перенос водорастворимых примесей, например содержащих ионы натрия и калия в виде аэрозоля. Рекомендуется, чтобы концентрация ионов натрия и калия не превышала 0,05 мкмоль/моль для категории 3. Кроме того, вода может представлять опасность при отрицательных температурах окружающей среды и оказывать воздействие на клапаны. Вода должна оставаться в газообразном состоянии при любых температурных условиях окружающей среды.

В.2 Содержание углеводородов

Различные углеводороды по-разному влияют на работу топливных элементов. Как правило, ароматические углеводороды сильнее адсорбируются на поверхности катализатора, чем алканы, тем самым препятствуя доступу водорода. Метан (СН ₄) считается инертным газом, поскольку его влияние на работу топливных элементов заключается только в снижении содержания водорода в топливе.

В.3 Содержание кислорода

Кислород (O ₂) в низких концентрациях не оказывает отрицательного влияния на работу топливных элементов, но высокая концентрация кислорода вызывает износ топливного элемента.

В.4 Содержание гелия, азота и аргона

Инертные компоненты, такие как гелий (Не), азот (N ₂) и аргон (Ar), не оказывают неблагоприятного воздействия на работу компонентов топливных элементов или энергоустановки на основе топливных элементов. Однако они снижают содержание водорода в топливе.

В.5 Содержание диоксида углерода

Диоксид углерода (СO ₂) обычно не влияет на работу топливных элементов. Он уменьшает содержание водорода в топливе, тем самым влияет на эффективность работы энергоустановки на топливных элементах в целом. Кроме того, диоксид углерода при концентрации более 25 % об. может быть каталитически преобразован посредством обратной реакции конверсии водяного газа в монооксид углерода, который, в свою очередь, отравляет катализатор. При нормальных рабочих условиях такое высокое содержание СO ₂ в анодном пространстве маловероятно.

В.6 Содержание монооксида углерода

Монооксид углерода (СО) является сильным каталитическим ядом, который отрицательно влияет на работу топливных элементов, и поэтому его содержание в водородном топливе необходимо поддерживать на очень низком уровне. Несмотря на то, что влияние на производительность может быть устранено путем изменения рабочих условий и/или состава газа, эти меры могут оказаться неэффективными. В установках с использованием риформинга (категории 1 и 2) влияние изначально более высоких уровней СО уменьшается за счет выбора материалов и/или конструкции и условий эксплуатации системы, тем не менее длительное воздействие СО является неблагоприятным фактором, особенно для топливных элементов с низким содержанием катализатора.

В.7 Содержание серосодержащих соединений

Серосодержащие соединения представляют собой каталитические яды, которые даже при очень малых концентрациях могут оказывать необратимое воздействие на топливные элементы. Необходимо минимизировать содержание таких соединений серы, как сероводород (H ₂S), карбонилсульфид (COS), сероуглерод (CS ₂), меркаптаны (например, метилмеркаптан), которые могут присутствовать в водороде, полученном риформингом природного газа. Следует контролировать общее содержание серы. Электроды с низким содержанием катализатора особенно чувствительны к каталитическому отравлению серосодержащими соединениями.

В.8 Содержание формальдегида и муравьиной кислоты

Формальдегид (НСНО) и муравьиная кислота (НСООН) оказывают такое же влияние на топливные элементы, как и СО. Влияние НСНО и НСООН на работу топливных элементов может быть более значительным, чем у СО, из-за более медленной кинетики восстановления, а также из-за более низких предельных значений, чем у СО. Электроды с низким содержанием катализатора особо чувствительны к наличию данных соединений.

В.9 Содержание аммиака

Аммиак (NH ₃) оказывает необратимое воздействие на работу топливного элемента, загрязняя протонообменную мембрану и вступая в реакцию с протонами в мембране с образованием NH ₄ ⁺ ионов. Испытания на устойчивость к аммиаку должны включать определение ионообменной способности мембраны и/или электродов. Электроды с низким содержанием катализатора особенно чувствительны к каталитическому отравлению аммиаком.

В.10 Содержание галогенсодержащих соединений

Галогенсодержащие соединения вызывают необратимое снижение производительности топливных элементов. Потенциальные источники включают процессы производства хлора и щелочи, а также хладагенты.

В.11 Частицы

Максимальная концентрация и размер частиц, указанные в настоящем стандарте, определены с учетом того, чтобы используемые фильтры не засорялись и/или твердые частицы не попадали в топливно-энергетическую систему с ПОМ и не влияли на работу клапанов или других элементов. Ионы калия и натрия, присутствующие в аэрозолях, приводят к необратимому снижению производительности, загрязняя протонообменную мембрану. Железосодержащие частицы даже в очень низких концентрациях вызывают сильный износ мембраны.