اثر ترموديناميك تعادلي بر فرآيند ريفورمينگ خشك متان: مرور

Equilibrium Thermodynamic Effect on Dry Reforming of Methane: Review

فرآيند ريفورمينگ خشك متان از گازهاي متان و كربن‌دي‌اكسيد، گاز سنتزي با نسبت H2/COواحد توليد مي‌كند اين فرآيند بسيار گرماگير، در سال‌هاي اخير توجه بسياري را به خود جلب كرده است. تبديل كاتاليزوري متان و كربن‌دي‌اكسيد به گاز سنتز داراي مزاياي زيست‌محيطي و اقتصادي زيادي است؛ اما متأسفانه تاكنون هيچ فرآيند تجاري و صنعتي با تناژ توليد بالا براي اين فرآيند برخلاف ساير روش‌هاي توليد گاز سنتز مانند ريفورمينگ با بخارآب گزارش نشده است. در اين مطالعه علاوه بر بررسي ترموديناميك تعادلي براي تعيين حد ترموديناميكي، مروري بر شبكه واكنش‌هاي درگير در اين فرآيند و كاتاليست‌ها نيز شده است. نتايج به‌دست‌آمده از بررسي ترموديناميك تعادلي نشان داده است كه در دماي پايين‌تر از ۵۵۰ درجه‌ي سانتي‌گراد تبديلي مشاهده نمي‌شود و واكنش اصلي براي توليد گاز سنتز از دماي ۵۵۰ درجه‌ي سانتي‌گراد به بالا با توليد هيدروژن و مونوكسيد كربن انجام ‌مي‌شود. تبديل متان و كربن‌دي‌اكسيد در دماي ۹۰۰ درجه‌ي سانتي‌گراد به بيش از ۹۷ درصد مي‌رسد. افزايش فشار نيز بر اين فرآيند تأثير منفي گذاشته است، ضمن اينكه با افزايش مقدار كمي كربن‌دي‌اكسيد تبديل متان بيشتري اتفاق مي‌افتد. از سوي ديگر افزودن جزئي بخار به خوراك اين فرآيند از نقطه‌نظر ترموديناميكي باعث جلوگيري از تشكيل رسوب كربن بر روي كاتاليست‌ها مي‌گردد.

The process of dry reforming of methane from methane and carbon dioxide gases produces synthesis gas with a ratio of H2/CO. This highly endothermic process has attracted a lot of attention of researchers in recent years. Catalytic conversion of methane and carbon dioxide into synthesis gas has many environomental and economic benefits; But unfortunately, no commercial and industrial scale process with high production productivity has been reported for this process unlike other synthesis gas production methods such as steam reforming. In this study, in addition to examining the equilibrium thermodynamics to determine the thermodynamic limit, a review of the reaction network involved in this process and catalysts has also been done. The results obtained from the equilibrium thermodynamic study have shown that no conversion is observed at a temperature lower than 550°C and the main reaction for the production of synthesis gas is carried out above 550°C with the production of hydrogen and carbon monoxide. The conversion of methane and carbon dioxide reaches more than 97% at temperature of 900 °C. The increase in pressure also has a negative effect on this process, while with a small amount of carbon dioxide, more methane conversion occurs. On the other hand, the partial addition of steam to the feed of this process prevents the formation of carbon deposits on the catalysts from a thermodynamic point of view.