بررسي توليد هيدروژن با استفاده از فرايند ريفرمينگ بخار آب با متان در حضور كاتاليزور نيكل در دماهاي متوسط

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

در این پژوهش، تولید هیدروژن با استفاده از فرآیند ریفرمینگ بخار با متان بررسی ‌شده است. هیدروژن، به‌دلیل كاربردهای وسیع و نقش مهمش در آینده به‌‏عنوان سوخت، ماده‏ای ارزشمند است. ریفرمینگ بخار با متان از رایج‌ترین و مهم‌ترین فرآیندهای تولید هیدروژن است كه در دماهای C°900-700 در صنایع مختلف انجام می‏شود. دمای بالای فرآیند مشكلاتی مانند سینترینگ كاتالیست، افزایش هزینه‌ها، تشكیل كك روی كاتالیست و افزایش نگرانی‌های ایمنی را به‏وجود می‏آورد. در این تحقیق برای بررسی علل كاهش تولید هیدروژن در دماهای متوسط، از كاتالیست 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 یك زمان مشخص به‏شدت افت كرد(در دمای C°600 بعد از 210 دقیقه و در دمای C°650 بعد از 275 دقیقه). پیك‌های موجود در آنالیز XRD، اكسید شدن كاتالیزور را حین فرآیند نشان دادند. در زمان پایداری كاتالیزور، تبدیل متان و كسر 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 كسر مولی هیدروژن افزایش و انتخاب‏پذیری CO كاهش یافت. در دماهای متوسط نیكل توان تولید هیدروژن به‏روش ریفرمینگ بخار با متان را دارد، ولی به‏دلیل غیرفعال شدن كاتالیزور، انجام پیوسته، این فرآیند ممكن نیست.  

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.