پلاسما ریفورمینگ متان و ارائه سنتیک ظاهری واکنش تجزیه حرارتی متان به هیدروژن و کربن

Abstract

امروزه تولید هیدروژن به‌عنوان یکی از حامل‌های انرژی پاک مورد توجه بسیاری قرارگرفته است. فرآیند سنتی تولید هیدروژن ریفورمینگ متان با بخار آب می‌باشد. انتشار حجم عظیمی از دی اکسید کربن و دو مرحله‌ای بودن این فرآیند از نارسایی‌های موجود در این روش است که این امر موجب توجه بیشتر محققان به تبدیل مستقیم متان به هیدروژن شده است. فن‌آوری پلاسما به‌دلیل عدم نیاز به کاتالیست، عدم حساسیت به ناخالصی‌های خوراک ورودی، حجم کم واحد عملیات، راه‌اندازی سریع و تک مرحله‌ای بودن فرآیند کاهش شگرف هزینه‌های سرمایه‌گذاری را به‌همراه داشته است و پتانسیل جایگزین شدن فن‌آوری‌های رایج کنونی را دارد. در این مقاله تولید گاز هیدروژن از متان با استفاده از راکتور پلاسمای تخلیه قوسی بررسی شده است که راکتور طراحی شده امکان بررسی تأثیر مواردی چون دوری از حالت تعادل و سرعت گاز عبوری را بر میزان درصد تبدیل متان و انتخاب‌پذیری هیدروژن و همچنین بازدهی انرژی فراهم کرده و افق جدیدی را از نقطه نظر مدل‌سازی و پدیده شناختی فرآیندهای پلاسما شیمی رقم زده است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان می‌دهد که راکتور پلاسمای پیشنهادی منجر به بهبود بازدهی انرژی در مقایسه با نمونه‌های قبلی شده است. بازدهی تولید هیدروژن در راکتور با الکترود دیسکی 58% به‌دست آمد. محصول گازی عمدتاً هیدروژن با انتخاب‌پذیری بالای 95% است و درصد اندکی از هیدروکربن‌های اتان، اتیلن و استیلن تولید شده که قابل صرف‌نظر است. کربن جامد با اندازه ذرات متوسط nm 50-30 روی الکترودها و جداره داخلی راکتور انباشته می‌شود که شامل کربن آمورف و کربن گرافیتی است. از تفسیر ماکروسکوپیک نتایج استنباط می‌شود که انتقال جرم در میزان تبدیل متان نقش مهمی دارد. بر این اساس یک رابطه تجربی برای تابعیت ثابت سینتیک ظاهری با شدت جریان ورودی ارائه شده است.

Keywords

• هیدروژن
• دوده
• متان
• پلاسما
• سینتیک ظاهری