بخشی از مقاله
چکیده
یکی از واکنش های مهم برای تولید هیدروژن، ریفورمینگ بخار اتانول است. برای این واکنش کاتالیزورهای متعددی مورداستفاده قرار میگیرد. کاتالیزورهای مورداستفاده را میتوان به دودسته کاتالیزورهای فلزهای نجیب مانند Rh,Ru,Pd و Pt و فلزهای غیر نجیب مانند Ni تقسیمبندی کرد. علاوه بر این در سالهای اخیر استفاده از کاتالیزورهای دو ویا سه فلزی برای ریفورمینگ بخار روندی رو به رشد داشته است. انتخاب یک پایه مناسب و اضافه کردن یک فلز مناسب به فلز فاز فعال، نقش بسیار مهمی در افزایش تولید هیدروژن و تبدیل اتانول را ایفا میکند.
از معایب ریفورمینگ اتانول وجود مکانیزم های مختلف و تولید محصولات نامطلوب در پی ایجاد مکانیزم ها روی کاتالیزورهای مختلف میباشد که با اصلاح پایه و اضافه کردن فلزات مختلف میزان ناخالصیها کاهش پیدا میکنند. هدف ما ساخت نانو کاتالیست کبالت - نیکل بر پایه مزوسیلیس برای فرایند ریفورمینگ بخار اتانول می باشد. چالش بزرگ در این زمینه تولید مونوکسید کربن و گرمایش جهانی است که انتظار می رود با بهره گیری از این کاتالیزور به کاهش تولید ماده نامطلوب منوکسید کربن و افزایش تبدیل اتانول دست پیدا کنیم.
مقدمه:
انرژی یک عنصر ضروری در زندگی امروز است که در حال حاضر %80 انرژی دنیا از سوخت های فسیلی غیرقابلتجدید است؛ که وابستگی ما به این سوختها باعث مشکلات زیستمحیطی جدی شده است. هیدروژن یک آینده روشن بهعنوان یک منبع انرژی پاک دارد و همچنین حامل انرژی ایده آل شناساییشده است. در دنیا هیدروژن بهصورت فراوان وجود دارد و انرژی آزادشده از آن در مقایسه با سوخت های فسیلی بسیار زیاد است.
این ماده یکی از سبزترین و تمیزترین منابع انرژی الکتریکی است زیرا برخلاف سوختهای فسیلی گاز هیدروژن تمیز میسوزد بدون آلودگی زیست محیطی و تنها محصول حاصل از احتراق آن آب و گرما استعمدتاً. استفاده از آن بهعنوان سوخت در سیستم های پیل سوختی است. علاوه بر این میتوان آن را در بسیاری از مواد شیمیایی در منابع استفاده کرد. اهدافی مانند تولید متانول، آمونیاک، پردازش مواد غذایی و ... در میان منابع مختلف هیدروژن الکل اتانول سبک یک نامزد مهم بهعنوان حامل مواد شیمیایی از هیدروژن میباشد به چند دلیل:
1. قابل تجدید است و در زمان تبدیلشدن بهطور فزاینده در دسترس است.
2. غیر سمی است و ذخیرهسازی و حملونقل ایمن آن را بسیار جذاب کرده است.
3. تخریب پذیر است.
4. میتواند بهراحتی در حضور آب برای تولید مخلوط غنی از هیدروژن تجزیه شود.
5. اتانول نسبت به بنزین و یا گازهای طبیعی در دمای واکنش آسانتر تغییر شکل میدهد.
6. در تولید طیف وسیعی از کاربردهای پیل سوختی مفید است.
یکی از دلایل جذاب بودن اتانول این است که میتواند توسط تخمیر منابع زیست توده مانند گیاهان، ضایعات کشت، بقایای جنگل ها و بخش آلی از زبالههای جامد شهری تولید شود. اتانول تولیدشده از زیستتوده به بیو اتانول معروف است که مخلوطی از اتانول و آب با نسبت مولی 1:13 - درصد اتانول - %12 میباشد.
تولید هیدروژن با روش ریفورمینگ کاتالیستی بخار اتانول:
این فرایند بیشترین بازده انرژی را دارد. در این روش H2 نهتنها از سوختهای هیدروکربنی بلکه از آب نیز استخراج میگردد. اگرچه تولید H2 توسط تعادل ترمودینامیکی محدودشده است ولی زمانی که با روش های دیگر مقایسه میشود سریع و تا حد زیادی مقرونبهصرفه است. - - Haryanto et al, 2005 قلب فرایند ریفورمینگ بخار مکانیزم سطحی است و در طول دهه گذشته پیشرفت خوبی در توسعه درک مسیرهای واکنش سطحی داشته است. مطالعات متعددی باهدف شناسایی مسیرهای واکنش ریفورمینگ اتانول و تجزیهوتحلیل محصولات نهایی انجام شده است.
شرایط واکنش و بیان ترمودینامیکی:
شرایط عملیاتی مانند دما، فشار، نسبت مولی آب به اتانول و زمان اقامت بهینهسازی برای به حداکثر رساندن تولید هیدروژن مهم است. دمای واکنش تأثیر قابلتوجهی بر روی فعالیت و توزیع محصول دارد. محاسبه ترکیب تعادل ترمودینامیکی برای این سه واکنش نشان میدهد H2 و CO و CO2 و متان محصولات عمده این فرایند هستند. تحقیقات مختلف تفاوت وابستگی روابط بر موقعیت واکنش و پیشرفت آن را به تفاوت کارآمدی کاتالیست ها نشان میدهد.
اهمیت نسبی هریک از این مسیرهای واکنش وابسته به دو موضوع است: شرایط واکنش - دمای واکنش، ترکیب خوراک و زمان اقامت - و انتخاب کاتالیزور است. اگرچه درک درست از مکانیزم بنیادی مهم است اما در حال حاضر بزرگترین چالش در صنعت کاتالیست توسعه کاتالیست های جدید و همچنین بهبود در مقاومت کاتالیزورها است. تمام این فاکتورها نشان میدهد نیاز به مطالعه بیشتر برکاتالیست، راکتور و فرایند مهندسی برای بهینه سازی تولید هیدروژن و عملکرد فرایند میباشد.
کاتالیست های فرایند:
توسعه کاتالیست بهمنظور جلوگیری از تشکیل محصولات ناخواسته نیاز مبرم این فرایند است. سیستمهای کاتالیزوری مختلف از قبیل فلز فعال تک، ترکیبی از چند فلز فعال، تک پایه و مخلوط اکسید تاکنون موردمطالعه قرارگرفتهاند. برای فلز اصلی تمام بررسیها بر سه حالت انجامگرفته است:
حالت اول: فلزات نجیب
حالت دوم: فلزات غیر نجیب
حالت سوم: کاتالیزورهای دو یا چندفلزی
