تحلیل عددی فرآیند ریفرمینگ متان با بخار با کاتالیست‌های نیکل و رادیوم جهت تولید هیدروژن، گاز سنتز و کاهش پوشش سطحی کربن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بیرجند

2 گزوه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند

چکیده

هیدروژن یکی از سوخت‌های پاک است. فرآیند ریفرمینگ بخار متان بالاترین بازدهی را در تولید هیدروژن دارد. دما، فشار، نسبت بخار به کربن ورودی و کاتالیست در انجام این فرآیند دارای اهمیت است. در تحقیق حاضر، یک حل عددی با استفاده از نرم‌افزار کانترا با پایتون، برای تولید گاز سنتز و هیدروژن به روش ریفرمینگ بخار متان در حضور کاتالیست نیکل و رادیوم ارائه می‌گردد. مدل‌سازی در محدوده گسترده دمایی K1300-600، نسبت بخار به کربن ۲-۴ و فشار ۲۵/0-۴ بار به‌منظور تعیین کاتالیست مناسب و بهترین محدوده برای تولید هیدروژن، گاز سنتز و کاهش پوشش سطحی کربن انجام می‌شود. همچنین، تبدیل متان برای مقایسه عملکرد دو کاتالیست نیکل و رادیوم ارائه می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که محدوده مناسب برای تولید هیدروژن در حضور کاتالیست نیکل محدوده K1100-1000، نسبت بخار به کربن 5/2-3 و فشار ۱-2 بار و برای کاتالیست رادیوم 7۰۰-8۰۰ کلوین، نسبت بخار به کربن ۳-۵/۳ و فشار ۱-2 بار است. بهترین بازه برای تولید گاز سنتز در حضور کاتالیست نیکل ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ کلوین، نسبت بخار به کربن 5/2-3 و فشار ۱-2 بار و برای کاتالیست رادیوم محدوده ۱0۰۰-۱۳۰۰ کلوین، نسبت بخار به کربن ۳-۵/۳ و فشار ۱-2 بار است. همچنین، کاتالیست رادیوم از نیکل در شرایط یکسان فعال‌تر می‌باشد؛ اما ازآنجاکه رسوب پوشش سطحی کربن روی بستر کاتالیست نیکل کمتر است، کاتالیست نیکل برای انجام فرآیند ریفرمینگ بخار متان پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Steam Methane Reforming over Ni- and Rh-based Catalysts to Determine the Best Range for Production of Hydrogen and Syngas as well as Reduction of Surface Coverage

نویسندگان [English]

  • Ali Saeedi 1
  • Fatemeh Zangooei 2
1 University of Birjand
2 Department of Mechanical Engineering, University of Birjand
چکیده [English]

Hydrogen is a clean fuel that Steam Methane Reforming (SMR) has the highest efficiency to produce compared to the other ways. Temperature, pressure, steam to methane (S/C) ratio, and catalyst play essential roles in the SMR process. In this paper, a numerical simulation method is performed using Cantera software in Python programming language to produce syngas (H2+CO) and hydrogen in the SMR process over Nickel- and Rhodium-based catalysts. The simulation is done in 600-1300K, S/C ratio of 2-4, and pressure of 0.25-4 bars to determine a suitable catalyst and the best range to produce hydrogen, syngas and the reduction of surface coverage. Methane conversion is also studied to compare the operation of Nickel and Rhodium. The results demonstrate that the preferred ranges for hydrogen production over the Nickel are 1000-1100K, S/C ratio of 2.5-3 and pressure of 1-2 bars, and over Rhodium 700-800K, the S/C ratio of 3-3.5, and the pressure of 1-2 bars. The best range for syngas production over Nickel is 1200-1300K, S/C ratio of 2.5-3 and pressure of 1-2 bar and over Rhodium is 1000-1100K, the S/C ratio of 3-3.5, and the pressure of 1-2 bars. However, Rhodium in the same condition is more active than Nickel. But, surface coverage formation is lower over Nickel than the other. Therefore, Nickel is suggested to produce hydrogen via Steam Methane Reforming.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen Production
  • Steam Methane Reforming
  • numerical simulation
  • Catalyst