بررسی تولید هیدروژن با استفاده از فرایند ریفرمینگ بخار آب با متان در حضور کاتالیزور نیکل در دماهای متوسط

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مجتمع دانشگاهی شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، تولید هیدروژن با استفاده از فرآیند ریفرمینگ بخار با متان بررسی ‌شده است. هیدروژن، به‌دلیل کاربردهای وسیع و نقش مهمش در آینده به‌‏عنوان سوخت، ماده‏ای ارزشمند است. ریفرمینگ بخار با متان از رایج‌ترین و مهم‌ترین فرآیندهای تولید هیدروژن است که در دماهای C°900-700 در صنایع مختلف انجام می‏شود. دمای بالای فرآیند مشکلاتی مانند سینترینگ کاتالیست، افزایش هزینه‌ها، تشکیل کک روی کاتالیست و افزایش نگرانی‌های ایمنی را به‏وجود می‏آورد. در این تحقیق برای بررسی علل کاهش تولید هیدروژن در دماهای متوسط، از کاتالیست رایج این فرآیند(Ni/Al2O3) در دماهای متوسط(450-650 درجه سانتی‏گراد) استفاده شد. با گذشت زمان، تبدیل متان ابتدا روندی صعودی داشت و بعد از یک زمان مشخص به‏شدت افت کرد(در دمای C°600 بعد از 210 دقیقه و در دمای C°650 بعد از 275 دقیقه). پیک‌های موجود در آنالیز XRD، اکسید شدن کاتالیزور را حین فرآیند نشان دادند. در زمان پایداری کاتالیزور، تبدیل متان و کسر مولی هیدروژن در دمای C°650، به‏ترتیب 99 درصد و 80 درصد به‏دست آمد. با افزایش نسبت بخار به متان 6-5/2، مقدار تبدیل متان و کسر مولی هیدروژن افزایش و انتخاب‏پذیری CO کاهش یافت. در دماهای متوسط نیکل توان تولید هیدروژن به‏روش ریفرمینگ بخار با متان را دارد، ولی به‏دلیل غیرفعال شدن کاتالیزور، انجام پیوسته، این فرآیند ممکن نیست.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Hydrogen Production via Steam Methane Reforming Process Using Nickel Catalyst at Medium Temperatures

نویسندگان [English]

  • Ali Saberimoghaddam
  • Mohammad Zare Chavoshi
  • ALi Nozari
  • Majid shaikhi Narani
  • Majid shaikhi Narani
  • Mohammad Mahdi Rasht Abadi
Department of Chemistry and Chemical Engineering, Malek Ashtar University of Technology (MUT), Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, hydrogen production by steam reforming of methane has been investigated. Due to its wide applications and important role as a future fuel, hydrogen is a valuable material. Steam reforming of methane is one of the most common and the most important hydrogen production processes which  are carried out industrially at 700-900°C. High temperatures can cause problems; such as, sintering of catalysts, rising of costs, coke formation on the catalyst, and increasing safety concerns. In this study, prevalent catalyst of this process (Ni/Al2O3) is used at medium temperatures (450-650°C) to investigate the reasons for reduction in hydrogen production at these temperatures. Increasing time, increased and after a specific time sharply decreased the methane conversion. This sharp decline in methane conversion occurred after 210 min at 600°C and 275 min at 650°C. The peaks in XRD test indicate oxidation of catalyst during the process. In the stable time of catalyst at 650°C, methane conversion and hydrogen mole fraction were 99% and 80%, respectively. Rising steam methane ratio in the range 2.5-6 increased the methane conversion and hydrogen mole fraction and decreased the selectivity of CO. At medium temperatures, nickel can produce hydrogen by steam reforming of methane, but due to deactivation of catalyst, this process cannot be carried out continuously.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steam Methane Reforming
  • Hydrogen Fuel
  • Nickel Catalyst
  • Methane Conversion
  • Oxidation of Nickel

[1]. Gupta R. B. Hydrogen Fuel: Production, Transport, and Storage,New York, CRC Press., 2008.##

[2]. Ditzig J., Liu and H., Logan B. E. “Production of hydrogen from domestic wastewater using a bioelectrochemically assisted microbial reactor(BEAMR),” International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 32, pp. 2296-2304, 2007.##

[3]. Yu E., Wang Y., Zhou Z. and Dai Z., “Simulation of natural gas steam reforming furnace,” Fuel Processing Technology, Vol. 87, pp. 695-704, 2006.##

[4]. Agostino Olivieri F. V. “Process simulation of natural gas steam reforming: fuel distribution optimisation in the furnace,” Fuel Processing Technology, Vol. 89, pp. 622-632, 2008.##

[5]. El-Bousiffi M. A. “A dynamic study of steam-methane reforming,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 50, pp. 723-733, 2007.##

[6]. Levent M., Gunn D. J. and Ali El-Bousiffi M. “Production of hydrogen-rich gases from steam reforming of methane in an automatic catalytic microreactor,” International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 28, pp. 945-959, 2003.##

[7]. Van Beurden P., “On the catalytic aspects of steam-methane reforming,” Energy Research Centre of the Netherlands(ECN), Technical Report I-04-003, 2004.##

[8]. Rostrup Nielsen J. R., “Catalytic steam reforming,” London, Springer, 1984.##

[9]. Armor J. N. “The multiple roles for catalysis in the production of H2,” Applied Catalysis A, Vol. 176, pp. 159-176, 1999.##

[10]. Belhadi A., Trari M., Rabia C. and Cherifi O., “Methane steam reforming on supported nickel based catalysts. effect of oxide ZrO2, La2O3 and Nickel Composition,” Open Journal of Physical Chemistry, Vol. 3, p. 89, 2013.##

[11]. Matsumura Y. and Nakamori T., “Steam reforming of methane over Nickel catalysts at low reaction temperature,” Applied Catalysis A, Vol. 258, pp. 107-114, 2004.##

[12]. Dan M., Mihet M., Biris A. R., Marginean P., Almasan V. and Borodi G., “Supported Nickel catalysts for low temperature methane steam reforming: comparison between metal additives and support modification,” Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, Vol. 105, pp. 173-193, 2012.##

[13]. Nieva M. A., Villaverde M. M., Monzón A., Garetto T. F. and Marchi A. J., “Steam-methane reforming at low temperature on Nickel-based catalysts,” Chemical Engineering Journal, Vol. 235, pp. 158-166, 2014.##

[14]. Deevi S. and Sikka V., “Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing, and applications,” Intermetallics, Vol. 4, pp. 357-375, 1996.##

[15]. Ross J., Roberts M. and Thomas J. “Surface and defect properties of solids,” IV, London, Chemical Society, Vol. 4, p. 34, 1975.##

[16]. Joensen F. and Rostrup-Nielsen J. R., “Conversion of hydrocarbons and alcohols for fuel cells,” Journal of Power Sources, Vol. 105, pp. 195-201, 2002.##

[17]. Ayabe, S., H. Omoto, T. Utaka, R. Kikuchi, K. Sasaki & Y. Teraoka. “Catalytic Autothermal Reforming of Methane and Propane over Supported Metal Catalysts,” Applied Catalysis A, Vol. 241, pp. 261-269, 2003.##

[18]. Barnali Bej, N. C. P. & S. Neogi. “Production of Hydrogen by Steam Reforming of Methane over Alumina Supported Nano-NiO/SiO2 Catalyst,” Catalysis Today, Vol. 12, pp. 1-8, 2012.##

[19]. Ke Liu, C. S. & V. Subramani. Hydrogen and Syngas Production and Purification Technologies,New York, John Wiley & Sons, Inc., Publication, 2010.##

[20]. Rostrup-Nielsen, J. R. “Hydrogen and Syngas by Steam Reforming,” Advances in Catalysis, Vol. 47, pp. 65-139, 2002.##