تحقیق رآکتور غشایی

چکیده

امروزه برای تولید انرژی الکتریکی که در خانه ها و وسایل نقلیه استفاده می شود ناگزیر به استفاده از تکنولوژی های جدید برای صرفه جویی بیشتر در انرژی هستیم.یکی از روشهای تولید انرژی که امروزه مورد توجه قرار گرفته است استفاده از   fuel cell  یا پیل سوختی است که از جهات بازده بیشتر برای تولید انرژی:آلودگی کمتر محیط زیست وعمر طولانی که دارند:بسیار مطلوبتر ازسایروسایل  تبدیل انرژی مثل توربین گازی:موتور بنزینی وباتری هستند. پیل سوختی را میتوان وسیله ای دوستدار محیط زیست نامید  :چرا که باتوجه به واکنشی که در آن روی میدهد: تنها چیزی که از خود به جای می گذارد آب است( وقتی که سوخت آن هیدروژن باشد).اگر چه هیدروژن خالص یک سوخت عالی برای پیل سوختی است : اما تهیه :ذخیره سازی وتوزیع چنین سوختی به عنوان یک مسئله مطرح می شود. به عنوان یک راه حل عملی : پیشنهادمیشود:هیدروژنی که در پیل سوختی به کار می رود از واکنش رفرمینگ سوختهای در دسترس  مثل متانول :گاز طبیعی :بنزین وگازوئیل تهیه شود.رفرمینگ بخار  (SR) : اکسیداسیون جزئی (POX)  ورفرمینگ   Auto  thermal (ATR) سه فرایند اصلی رفرمینگ برای تولید هیدروژن هستند.

یکی از مسایل مهمی که در پیل سوختی وجود دارد :خلوص هیدروژن  است . حتی مقدارکمیCO در داخل هیدروژن (مثلا"بیشتر از 10ppm  ) شدیدا" باعث تخریب کاتالیست موجود در پیل سوختی  می شود. یکی  از روشهایی که می توان به وسیلهء آن  COای که در گاز سنتزی ریفرمر تولید می شود را از بین برد :واکنش WGS است که با تبدیل CO به CO2 و H2 به خلوص بیشتر هیدروژن کمک می کند . واکنش WGS به صورت زیر انجام می شود:

CO2  +   H2O               CO    +   H2   

از طرفی vWGS بازگشت پذیر و گرماده است که هر دوی این موارد  نامطلوب است . چون در دمای بالا واکنش  به سمت تولید CO بر می گردد.به همین دلیل راکتورهای پر شدهء قدیمی که برای این واکنش در نظر گرفته می شوند: بسیار بزرگ وسنگین بودند. گونهء جدیدی از راکتورها که برای این منظور به کار می روند : راکتورهای  با غشای سرامیکی هستند که می توانند میزان انجام واکنش را تا حد زیادی افزایش دهند ومحصول CO2 و H2 را به صورت جداگانه  تحویل می دهند.

با توجه به واکنش WGS: برای پیشرفت واکنش به سمت تولید CO2 و H2می توان  COرا به صورتی پیوسته از محیط واکنش خارج کرد:به عبارت دیگر می توان CO2 را بوسیلهء نوعی جاذب که در محیط واکنش قرار می گیرد: جذب کرد ودر نتیجه واکنش به سمت تولید بیشتر  CO2وH2 پیش می رود و در واقع درجه ء تبدیل CO بهCO2 افزایش می یابد.بدین منظور طرحهایی بررسی شده است که در زیر به آنها اشاره می کنیم :طرح 1  جذب افزایشی WGS در راکتور پر شده وطرح 2 : شامل جذب افزایشیWGS در راکتور غشایی.در طرح 1جاذب  CO2( hydrotalcite)را با کاتالیست واکنش   WGS( Cu/Zno ) در یک بستر پرشده مخلوط کرده و اجازه   داده ایم تا عملیات انجام شود.در طرح 2 راکتور غشایی  که غشا آن از نوع سل ژل است و  نسبت به CO2و H2  انتخابگری دارد استفاده شد.جاذبی که برای جداسازی  CO2 به کار میرود :در قسمت تراوای غشا قرار می گیرد.بنابراین هر دو محصول واکنش می توانند به وسیلهء غشا جدا شوند .در ضمن جذب   CO2در قسمت تراوا می تواند درصد خلوص  H2 را نیزافزایش دهد

Hydrotalcite   یک ماده جاذب خوب با بازگشت پذیری زیاد CO2   است که طبق آزمایشات انجام شده حتی بخار آب روی بازگشت پذیری آن تاثیری ندارد.فرمول شیمیایی آن به وسیلهء   XRDکه روی آن انجام  شد.

Mg0.645Al0.355(OH)2(CO3)0.178   0.105 (H2O) بدست آمد.

بنابراین وجود غشا در راکتور غشائی از مخلوط شدن واکنشگرها با محصولات واکنش جلوگیری می‌کند و همچنین وجود جاذب Hydrotalcite باعث افزایش جذب دی اکسید کربن و در نتیجه افزایش درصد خلوص هیدروژن می‌شود.

مقدمه

امروزه برای تولید انرژی الکتریکی که در خانه‌ها و وسایل نقلیه استفاده می‌شود، ناگزیر به استفاده از تکنولوژیهای جدید برای صرفه‌جویی بیشتر در انرژی هستیم. یکی از روشهای تولید انرژی که امروزه مورد توجه قرار گرفته است استفاده از fuel cell یا پیل سوختی است. پیل سوختی یک وسیله تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی است.

یک پیل سوختی هیدروژن و اکسیژن را تبدیل به آب کرده و در طی این پروسه الکتریسیته تولید می‌کند. یکی از وسیله‌هایی که تا حد زیادی شبیه به پیل سوختی عمل می‌کند، باتری است. اما یک باتری با مصرف مواد شیمیایی ذخیره شده  درونی‌اش و تبدیل آنها به انرژی الکتریکی سرانجام از بین رفته و تمام می‌شود و باید دور انداخته شود و یا دوباره شارژ شود.در یک پیل سوختی مواد شیمیایی دائماً درون سل‌های آن جریان دارد, بنابراین مادامی که جریان مواد شیمیایی درون سلها ادامه دارد , Fuel cell از کار نمی‌افتد و جریان الکتریسته ایجاد می‌کند.

پیلهای سوختی از جهات بازده بیشتر برای تولید انرژی ، آلودگی کمتر محیط زیست و عمر طولانی‌ای که دارند بسیار مطلوب‌تر از سایر وسایل تبدیل انرژی مثل توربین گازی، موتور‌بنزینی و باتری هستند. پیل سوختی را می‌توان وسیله‌ای دوست‌دار محیط زیست نامید چرا که با توجه به واکنشی که در آن روی می‌دهد تنها چیزی که از خود به جای می‌گذارد آّب است (وقتی که سوخت آن هیدروژن است).

فرآیند شیمیایی که در پیل سوختی روی می‌دهد به صورت زیر است:

 آند

کاتد

واکنش کلی

این واکنش‌ روی کاتالیست انجام می‌شود تا واکنش هیدروژن و اکسیژن تسهیل گردد. این کاتالیست معمولا از پودر پلاتین که به صورت خیلی نازک روی ورقه‌ای از کربن پوشیده شده ساخته می‌شود سطح کاتالیست باید زبر و متخلخل باشد تا حداکثر سطح تماس را برای ما ایجاد کند.

اکسیژنی که در یک پیل سوختی بکار می‌رود به راحتی از هوا تأمین می‌شود اما اگر چه هیدروژن خالص یک سوخت عالی برای پیل سوختی است اما تهیه ذخیره سازی و توزیع چنین سوختی به عنوان یک مسئله مطرح می‌شود .