تهیه کاتالیست اسپینلی Cu-Zn-Ce-Al برای تولید هیدروژن در راکتور میکرو کانال و بررسی اثرات هندسی میکروکانال ها بر توزیع سرعت

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده فناوری های شیمیایی، سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله تهیه کاتالیست اسپینلی جدیدی از CeO2 با استفاده از روش های سل- ژل و رسوب گذاری همگن ارائه شده است. برای ارزیابی کاتالیست تهیه شده در ریفرمینگ متانول با بخار آب، ابتدا یک راکتور میکروکانال با کانال های از نوع A شکل طراحی و ساخته شد و در ادامه کاتالیست تهیه شده به روش تلفیقی از سل-ژل و رسوب گذاری، بر روی کانال های راکتور پوشش داده شد. این کاتالیست در دماهای 270 و oC310 مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور از مخلوط هایی از متانول و آب با نسبت های مولی 5/1، 5/2 و 5/3 به عنوان خوراک ورودی به راکتور استفاده شد. شدت جریان خوراک ورودی به راکتور در آزمایش ها cc/h2 بود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که کاتالیست اسپینلی تهیه شده برای تولید هیدروژن از ریفرمینگ متانول با بخار آب مناسب است. همچنین، با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی اثرات هندسی میکروکانال ها بر توزیع سرعت گازها در میکروکانال ها در دو نوع کانال A و Z شکل مورد بررسی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Preparation of Cu-Zn-Ce-Al Spinel Catalyst for Hydrogen Production in Micro-Channel Reactor and Considering the Geometrical Effects of Micro-Channels on Velocity Distribution

نویسندگان [English]

  • Azade Parsaee
  • Ali Eliassi
  • Maryam Ranjbar
  • Eslam Kashi
Green Chemical Technologies Group- Chemical Technologies Department- Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST)- Tehran- Iran
چکیده [English]

In this paper, preparation of new Cu-Zn-Al spinel catalysts with CeO2 using sol-gel and homogeneous precipitation methods are reported. For evaluation of the prepared catalysts for steam reforming of methanol, an A-type micro-channel reactor was designed and fabricated and the prepared catalysts were coated on the reactor channels by hybrid method between sol-gel and suspension methods. The catalysts were evaluated at 270 ºC to 310 ºC. For the catalysts evaluation a mixture of methanol and water with 1.5, 2.5 and 3.5 molar ratios were used as the feed of the reactor. Flow rate of the feed was 2 cc/h. Obtained results show that the prepared spinel catalysts were promising catalysts for hydrogen production by methanol steam reforming. Also, by computational fluid dynamic the geometrical effects of micro-channels on velocity distribution for two different A-type and Z-type micro-channels were considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrogen
  • methanol
  • steam reforming
  • micro-channel reactor
  • spinel catalyst
  • catalyst coating

[1] S.Sá, H. Silva, L. Brandão, J.M. Sousa, A. Mendes, Appl. Catal. B: Environmental, 99 (2010) 43.

[2] Y. Chen, Y. Wang, H. Xu, G. Xiong, J. Membr. Sci., 322 (2008) 453.

[3] C. Zhang, Z. Yuan,  N. Liu, S. Wang,  Fuel Cells, 6 (2006) 466.

[4] A. Basile, A. Parmaliana, S. Tosti, A. Iulianelli, F. Gallucci, C. Espro, J. Spooren, Catal. Today, 137 (2008) 17.

[5] B. Lindström, L. J. Pettersson, Int. J. Hydrogen Energy, 26 (2001) 923.

[6] S. T. Yong, C. W. Ooi, S. P. Chai, X. S. Wu, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013) 9541.

[7] A. Iulianelli, P. Ribeirinha, A. Mendes, A. Basile, Renew. Sustainable Energy Rev., 29 (2014) 355.

[8] S. K. Talkhoncheh, M. Haghighi, M. Abdollahifar, H. Ajamein, J. Appl. Chem., 30 (2014) 89.

[9] J. Papavasiliou, G. Avgouropoulos, T. Ioannides, J. Catal., 251 (2007) 7.

[10] Y. Tanaka, T. Takeguchi, R. Kikuchi, K. Eguchi, Appl. Catal. A: General, 279 (2005) 59.

[11] Y.H. Huang, S.F. Wang, A.P. Tsai, S. Kameoka, Ceramics International, 40 (2014) 4541.

[12] G. Kolb, Chem. Eng. Process: Process Intensification, 65 (2013) 1.

[13] W. Zhou, W. Deng, L. Lu, J. Zhang, L. Qin, S. Ma, Y. Tang, Int. J. Hydrogen Energy, 39 (2014) 4884.

[14] V. Meille, Appl. Catal. A: General, 315 (2006) 1.

[15] J. M. Commenge, L. Falk, J.P. Corriou, M. Matlosz, AIChE J., 48 (2002) 345.

[16] D. Mei, L. Liang, M. Qian, X. Lou, Int. J. Hydrogen Energy, 38 (2013) 15488.

[17] D. Mei, L. Liang, M. Qian, Y. Feng, Int. J. Hydrogen Energy, 39 (2014) 17690.

[18] L. Khoshrooyan, A. Eliassi, M. Ranjbar, J. Particle Sc. Tech., 2 (2016) 41.

[19] J. Bravo, A. Karim, T. Conant, G.P. Lopez, A. Datye, Chem. Eng. J., 101 (2004) 113