ارزیابی ترمودینامیکی تولید هیدروژن با واکنش ریفورمینگ متانول با بخار آب به کمک روش کمینه‌سازی انرژی آزاد گیبس

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بویین زهرا، قزوین، ایران

چکیده

در این پژوهش، تعادل ترمودینامیکی فرآیند ریفورمینگ متانول به همراه بخار آب به منظور تولید هیدروژن به روش کمینه­ سازی انرژی آزاد گیبس توسط نرم ­افزار اسپن­پلاس بررسی شده است. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند دما و نسبت بخار به متانول در جریان خوراک (Steam/Carbon)، بر روی توزیع فراورده ­های ارزیابی شده است. به منظور بررسی میزان تولید فراورده های جانبی ناخواسته در مخلوط تعادلی، پیشرفت واکنش ­های جانبی در جریان غنی از هیدروژن در بازه عملیاتی معین  (بازه دمایی: K600-300 و نسبت بخار آب به هیدروکربن: 3-1/0 Steam/Carbon=) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.  شرایط بهینه برای به بیشینه رساندن میزان تبدیل متانول، بازده بالای تولید هیدروژن و به کمینه رساندن فراورده های ناخواسته مانند کربن مونوکسید و دی متیل اتر، تعیین شد. به منظور بررسی اثر وجود متان در مخلوط واکنش بر روی بازده تولید هیدروژن و انتخاب ­پذیری فراورده های، دو آنالیز ترمودینامیکی مجزا با فرض وجود و نبود متان در فراورده های انجام شد. بیشینه بازده هیدروژن تولیدی در صورت وجود متان در فراورده ها،  حدود10 درصد می­ باشد. نتیجه های نشان داد که در صورت نبود متان در واکنش­، شرایط مورد نیاز فرایند ریفورمینگ متانول به همراه بخار آب برای تولید هیدروژن با غلظت بالا و کاهش بازده فراورده های جانبی ناخواسته، دمای بین K600-450 و مقدار Steam/Carbon بالای 5/1 می ­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Cheng Y.W., Lee Z.S., Chong C.C., Khan M.R., Cheng C.K., Ng K.H., Hossain S.S., Hydrogen-Rich Syngas Production Via Steam Reforming of Palm Oil Mill Effluent (POME)–a Thermodynamics Analysis, International Journal of Hydrogen Energy, 44(37): 20711-20724 (2019).
[2] Unlu D., Hilmioglu N.D., Application of Aspen Plus to Renewable Hydrogen Production from Glycerol by Steam Reforming, International Journal of Hydrogen Energy, 45(5): 3509-3515 (2020).
[3] Wu W., Chuang B.N., Hwang J.J., Lin C.K., Yang S.B., Techno-Economic Evaluation of a Hybrid Fuel Cell Vehicle with On-Board MeOH-to-H2 Processor, Applied Energy, 238: 401-412 (2019).
[4] Akansu S.O., Dulger Z., Kahraman N., Veziroǧlu T.N., Internal Combustion Engines Fueled by Natural Gas-Hydrogen Mixtures, International Journal of Hydrogen Energy, 29(14): 1527-1539 (2004).
[5] Tahay P., Khani Y., Jabari M., Bahadoran F., Safari N., Highly Porous Monolith/TiO2 Supported Cu, Cu-Ni, Ru, and Pt Catalysts in Methanol Steam Reforming Process for H2 Generation, Applied Catalysis A: General, 55: 44-53 (2018).
[6] Mu X., Pan L., Liu N., Zhang C., Li S., Sun G., Wang S., Autothermal Reforming of Methanol in a Mini-Reactor for a Miniature Fuel Cell, International Journal of Hydrogen Energy, 32(15): 3327-3334 (2007).
[7] Baneshi J., Haghighi M., Jodeiri N., Abdollahifar M., Ajamein H., Homogeneous Precipitation Synthesis of CuO–ZrO2–CeO2–Al2O3 Nanocatalyst used in Hydrogen Production via Methanol Steam Reforming for Fuel Cell Applications, Energy Conversion and Management, 87: 928-937 (2014).
[8] Kim S., Yun S.W., Lee B., Heo J., Kim K., Kim Y.T., Lim H., Steam Reforming of Methanol for Ultra-Pure H2 Production in a Membrane Reactor: Techno-Economic Analysis, International Journal of Hydrogen Energy, 44(4): 2330-2339 (2019).
[9] Qureshi F., Ahmad F., Idrees M., Khan A.A., Zaidi S., Simulation of Methanol Steam Reforming Process for the Production of Hydrogen, Indian Chemical Engineer, 1-18 (2019).
[10] Xing S., Zhao C., Ban S., Liu Y., Wang H., Thermodynamic Performance Analysis of the Influence of Multi-Factor Coupling on the Methanol Steam Reforming Reaction, International Journal of Hydrogen Energy, 45(11): 7015-7024 (2020).
[11] Sanz O., Velasco I., Pérez-Miqueo I., Poyato R., Odriozola J.A., Montes M., Intensification of Hydrogen Production by Methanol Steam Reforming, International Journal of Hydrogen Energy, 41(10): 5250-5259 (2016).
[12] Özcan O., Akın A.N., Thermodynamic Analysis of Methanol Steam Reforming to Produce Hydrogen for HT-PEMFC: An Optimization Study, International Journal of Hydrogen Energy, 44(27): 14117-14126 (2019).
[13] Thattarathody R., Sheintuch M., Kinetics and Dynamics of Methanol Steam Reforming on CuO/ZnO/Alumina Catalyst, Applied Catalysis A: General, 540: 47-56 (2017).
[14] Iruretagoyena D., Hellgardt K., Chadwick D., Towards Autothermal Hydrogen Production by Sorption-Enhanced Water Gas Shift and Methanol Reforming: A Thermodynamic Analysis, International Journal of Hydrogen Energy, 43(9): 4211-4222 (2018).
[15] Katiyar N., Kumar S., Kumar S., Comparative Thermodynamic Analysis of Adsorption, Membrane and Adsorption-Membrane Hybrid Reactor Systems for Methanol Steam Reforming, International Journal of Hydrogen Energy, 38(3): 1363-1375 (2013).
[16] Katiyar N., Kumar S., Kumar S., Thermodynamic Analysis for Quantifying Fuel Cell Grade H2 Production by Methanol Steam Reforming, Chemical Engineering & Technology, 36(4): 581-590 (2013).
[17] Voll F., Rossi C., Silva C., Guirardello R., Souza R., Cabral V., Cardozo-Filho L., Thermodynamic Analysis of Supercritical Water Gasification of Methanol, Ethanol, Glycerol, Glucose and Cellulose, International Journal of Hydrogen Energy, 34(24): 9737-9744 (2009).
[18] Yong S.T., Ooi C.W., Chai S.P., Wu X., Review of Methanol Reforming-Cu-Based Catalysts, Surface Reaction Mechanisms, and Reaction Schemes, International Journal of hydrogen energy, 38(22): 9541-9552 (2013).
[19] Sá S., Silva H., Brandão L., Sousa J.M., Mendes A., Catalysts for Methanol Steam Reforming-A review, Applied Catalysis B: Environmental, 99(1-2): 43-57 (2010).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار