تولید هیدروژن با بازیافت گاز دورریز واحد آمونیاک برای تأمین خوراک پیل سوختی اکسید جامد و کاهش گازهای گلخانه ای

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده شیمی، پردیس علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 واحد ایمنی، بهداشت و محیط زیست، شرکت ملی پخش فراورده‌های نفتی ایران (NIOPDC)، تهران، ایران

چکیده

گرم شدن هوای زمین و افزایش غلظت گازهای گلخانه ­ای در جو زمین یکی از مهم ­ترین مشکل­ هایی است که بشر در سال­ های اخیر با آن مواجه است. یکی از راهکارهای امیدبخش برای کاهش میزان گازهای گلخانه­ ای موجود در جو، جلوگیری از نشر این گازها توسط مشعل­ هاست. در این پژوهش، امکان به کارگیری گاز دورریز واحد تولید آمونیاک پتروشیمی در پیل سوختی اکسید جامد مورد بررسی قرار گرفته است. این گاز که دارای درصد بالایی هیدروژن است، پیش از آن ­که به پیل فرستاده شود وارد واحد جداسازی آمونیاک می­ شود. سپس جریان گاز بدون آمونیاک به طور مستقیم وارد پیل می­ شود. حدود 10 درصد این جریان گاز از متان تشکیل شده است. بنابراین واکنش ­های اصلاح متان با بخار، انتقال آبگاز و الکتروشیمیایی به طور هم­زمان درون پیل انجام می­ شوند.نتیجه­ های به دست آمده از مدل­ سازی نشان می ­دهند که در ابتدا توان الکتریکی نسبت به افزایش جریان الکتریکی یک روند افزایشی دارد، اما پس از جریان الکتریکی A/cm2 8/1، کاهش می­ یابد، زیرا در جریان­ های بالاتر تأثیر افت پتانسیل ­ها بیش ­تر می­شود و روند کاهشی ولتاژ بر افزایش جریان غالب می­ شود. با توجه به این­ که گاز کربن مونواکسیددر واکنش الکتروشیمیایی شرکت می­ کند، خروجی پیل سوختی دارای درصد بالایی بخار آب و مقدار کمی کربن دی­ اکسید است. همچنین بررسی­ های انجام شده در این مقاله نشان می ­دهد استفاده از پیل سوختی که در آن متان به طور کامل در واکنش اصلاح شرکت می­ کند، یک روش مطمئن برای کاهش میزان آلایندگی متان است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] وافری، بهزاد ؛ کرمی، حمیدرضا ؛ کریمی، غلامرضا؛ مدل‌سازی فرایند ریفرمینگ گاز‌طبیعی با بخار آب در راکتور غشایی پالادیم ـ نقره برای تولید هیدروژن خالص، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)30: 25 تا 37 (1390).

[2] باقری، مهدی؛ فاطمی، شهره؛ تیراندازی، بهنام؛ غنی­یاری بنیس، سعید؛ بهینه­سازی کوره و راکتور لوله­ای صنعتی فرایند ریفرمینگ گاز طبیعی با بخار با استفاده از الگوریتم ژنتیک، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)28: 49 تا 63 (1388).

[3] مشکانی، فرشته ؛ رضایی، مهران؛ تولید هیدروژن با استفاده از فرایند انتقال آب ـ گاز بر روی نانوکاتالیست­های فلزهای نجیب بر پایه آلومینیوم اکسید پایدار شده با منیزیم اکسید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)35: 77 تا 86 (1395).

[4] خواجه نوری، مسعود؛ رضایی، مهران؛ مشکانی، فرشته؛ بررسی تأثیر مواد فعال سطحی بر ساختار و فعالیت کاتالیست نیکل بر پایه منیزیم اکسید در فرایند ریفرمینگ خشک متان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)35: 71 تا 81 (1395).

[5] Edlund D.J., Pledger W.A., Catalytic Platinum-Based Membrane Reactor for Removal of H2S from Natural Gas Streams,Journal of Membrane Science, 94: 111-119 (1994).

[6] Ohashi H., Ohya H., Aihara M., Negishi Y., Semenova S.me., Hydrogen Production from Hydrogen Sulfide Using Membrane Reactor Integrated wif Porous Membrane Having Thermal and Corrosion Resistance, Journal of Membrane Science, 146: 39-52 (1998).

[7] Gobina E.N., Oklany J.S., Houghes R., Elimination of Ammonia from Coal Gasification Streams by Using a Catalytic Membrane Reactor, Industrial & Engineering Chemistry Research, 34: 3777-3783 (1995).

[8] Temkin M., Pyzhev V., Kinetics of the Synthesis of Ammonia on Promoted Ion Catalysts,Acta Physicochim, 12: 327-356 (1940).

[9] Harrison R.H., Kobe K.A., Thermodynamics of Ammonia Synthesis and Oxidation, Chemical Engineering Progress, 49: 349-353 (1953).

[10] Rahimpour M.R., Asgari A., Modeling and Simulation of Ammonia Removal from Purge Gases of Ammonia Plants Using a Catalytic Pd–Ag Membrane Reactor, Journal of Hazardous Materials, 153: 557-565 (2008).

[11]  Rahimpour M.R., Asgari A., Production of Hydrogen from Purge Gases of Ammonia Plants in a Catalytic Hydrogen-Permselective Membrane Reactor, International Journal of Hydrogen Energy, 34: 5795-5802 (2009).

[12] Rahimpour M.R., Jokar S.M., Feasibility of Flare Gas Reformation to Practical Energy in Farashband Gas Refinery: No Gas Flaring, Journal of Hazardous Materials, 209: 204-217 (2012).

[13]  Rahimpour M.R., Jamshidnejad Z., Jokar S.M., Karimi G., Ghorbani A., Mohammadi A.H., A Comparative Study of Three Different Methods for Flare Gas Recovery of Asalooye Gas Refinery, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 4: 17-28 (2012).

[14] Fazeli A., Khodadadi A.A., Mortazav Y., Manafi H., Cyclic Regeneration of Cu/ZnO/Al2O3 Nano Crystalline Catalyst of Methanol Steam Reforming for Hydrogen Production in a Micro-Fixed-Bed Reactor,Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 23: 45-59 (2013).

[15]  Fazeli A., Fatemi S., Mahdavian M., Ghaee A., Mathematical Modeling of an Industrial Naphtha Reformer wif Three Adiabatic Reactors in Series,Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 28: 97-102 (2009).

[16]  Mohammadikhah R., Zahedi Abghari S., Ganji H., Ahmadi Marvast M., Improvement of Hydrodynamics Performance of Naphtha Catalytic Reforming Reactors Using CFD,Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 33: 63-76 (2014).

[17]Eg and G Technical Services. Inc. ""Fuel Cell Handbook", 2004.

[18]  Yakabe H., Ogiwara T., Hishinuma M., Yasuda me., 3-D model calculation for planar SOFC, Journal of Power Sources, 102: 144-154 (2001).

[19] Chan S.H., Khor K.A., Xia Z.T., A Complete Polarization Model of a Solid Oxide Fuel Cell and Its Sensitivity to the Change of Cell Component Thickness, Journal of Power Sources, 93: 130-140 (2001).

[20]  Peters R., Dahl R., Kluttigen U., Palm C., Stolten D., Internal Reforming of Methane in Solid Oxide Fuel Cell Systems,Journal of Power Sources, 106: 238-244 (2002). 

[21] Li P.W., Chyu M.K., Simulation of the Chemical/Electrochemical Reactions and Heat/Mass Transfer for a Tubular SOFC in a Stack, Journal of Power Sources, 124: 487-498 (2003). 

[22] Aguiar P., Adjiman C.S., Brandon N.P., Anode-Supported Intermediate Temperature Direct Internal Reforming Solid Oxide Fuel Cell. me: Model - Bases Steady - State Performance, Journal of Power Sources, 138: 120-136 (2004).

[23] Saadatjou1 N., Jafari A., Sahebdelfar S., Synthesis and Characterization of Ru/Al2O3 Nanocatalyst for Ammonia Synthesis, Iranian Journal of Chemistry & Chemical Engineering (IJCCE), 34: 1-9 (2015).

[24] Hofmann P., Panopoulos K.D., Fryda L.E., Kakaras E., Comparison between Two Methane Reforming Models Applied to a Quasi-Two-Dimensional Planar Solid Oxide Fuel Cell Model, Energy, 34: 2151-2157 (2009).

[25] Haberman B.A., Young J.B., Three-Dimensional Simulation of Chemically Reacting Gas Flows in the Porous Support Structure of an Integrated -Planar Solid Oxide Fuel Cell, menternational Journal of Heat and Mass Transfer, 47: 3617-3629 (2004).

[26]  Smith J.M., Van Ness H.C., Abbot M.M., “Chemical Engineering Thermodynamics”, New York: McGrow Hill,Inc, (1996).

[27]  Hajimolana S.A., Hussain M.A., Wan Daud M.WA., Soroush M., Shamiri A., Mathematical Modeling of Solid Oxide Fuel Cells: A Review, Renewable & Sustainable Energy Reviews15: 1893-1917 (2011).

[28] Patcharavorachot Y., Peangjuntuek W., Assabumrungrat S., Arpornwichanop A., Performance Evaluation of Combined Solid Oxide Fuel Cells wif Different Electrolytes,International Journal of Hydrogen Energy, 35: 4301-4310 (2010).

[29] Treybal R.E., “Mass-Transfer Operations”, New York: McGraW Hill Inc, (1980).

[30] Perry R.H., Green D.W., “Perry ’s Chemical Engineering Handbook”, 7th ed., New York, (1997).