فرایند ریفرمینگ متان با بخارآب، رایج ترین فرایند صنعتی تولید هیدروژن در دنیا می باشد و انتخاب راکتور مناسب برای انجام واکنشها از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر عملکرد فرایند برای دستیابی به بالاترین میزان تولید هیدروژن است. ریفرمرهای صفحه ای به جهت داشتن پارامترهای انتقال جرم و حرارت بهبودیافته، حجم کوچک و هزینه های نسبتاً کم، به عنوان مدل راکتور مورد استفاده برای فرایند ریفرمینگ متان با بخارآب انتخاب شدند. پس از طراحی و ساخت ریفرمر صفحه ای متان متشکل از سه ردیف محفظه موازی با کانالهای بسیار ریز، مدلسازی یک بعدی محفظه ریفرمینگ به کمک کد برنامه-نویسی matlab انجام گرفت. درطی آزمایشات انجام شده، احتراق کاتالیستی متان بخوبی توانست گرمای لازم برای انجام و ادامه واکنشها را فراهم کند و بازده حرارتی قابل قبولی از خود نشان داد. با بررسی پارامترهای عملیاتی موثر بر مسیر فرایند، در دمای ورودی °c470، نسبت خوراک احتراق به ریفرمینگ برابر با 3/1، میزان تبدیل متان بیش از 97% حاصل شد؛ که نشاندهنده عملکرد بسیار خوب ریفرمر و فرایندهای گرمازا و گرماگیر بطور همزمان بود. بهترین نتایج در بررسی نسبت خوراک هریک از فرایندهای ریفرمینگ و احتراق با درنظرگرفتن صرفه اقتصادی در میزان مصرف سوخت، به ترتیب برابر با 3 و 2 بدست آمد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش سرعت فضایی خوراک (ghsv) میزان تبدیل متان و نسبت تولید هیدروژن به مونوکسیدکربن کاهش می یابد. مقایسه میزان تبدیل تعادلی با داده های آزمایشگاهی، حاکی از عملکرد خوب فرایند در طول ریفرمر صفحه ای دارد، زیرا تطابق بسیار خوبی بین نتایج حاصل مشاهده شد. نتایج حاصل از شبیه سازی نیز با داده های آزمایشگاهی تطابق بسیار خوبی داشتند.

پیل سوختی یکی از فناوری های جدید در جهت تولید انرژی پاک است که از هیدروژن – به عنوان سوخت مصرفی- انرژی الکتریکی با بازده بالا و اثرات زیست محیطی اندک تولید می کند. واکنش جابجایی آب-گاز (wgs) در سامانه فراورش سوخت برای تولید هیدروژن مورد نیاز پیل های سوختی، نقش خالص سازی هیدروژن (حذف مونوکسیدکربن) را ایفا می کند. به دلیل حجم و هزینه زیاد راکتورهای متداول دومرحله ای wgs، در سال های اخیر تحقیق بر روی کاتالیست های فعال و پایدار برای تبدیل حداکثری co تحت فرایند تک مرحله ای mts (جابجایی در دمای متوسط، °c 360-280)، به منظور کاربرد آن در پیل های سوختی مینیاتوری مورد توجه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر کاتالیست های پلاتین بر پایه سریا و گاما آلومینا، و پلاتین-نیکل بر پایه ی سریا به منظور استفاده در واکنش mts، در مقادیر مختلف بارگذاری پلاتین (1/0 تا 3/0 وزنی) و نیکل (5 تا 20% وزنی) سنتز و مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مونوکسیدکربن در حضور کاتالیست های پلاتین-نیکل در مقایسه با کاتالیست های پلاتینی درصد تبدیل بالاتری داشته و این مقدار برای کاتالیست های با درصد ni 10%-pt3/0% بر پایه سریا در حدود 90% می باشد. با وجود اینکه کاتالیست های پلاتینی بر پایه سریا گزینش پذیری بسیار کمی نسبت به متن دارند اما دارای درصد تبدیل کمتر co نسبت به کاتالیست های دوفلزی pt-ni می باشند. با بهره گیری از اثر ارتقاءدهندگی پتاسیم، گزینش پذیری کاتالیست ها نسبت به واکنش mtn به میزان قابل ملاحظه ای حذف و بازده تولید هیدروژن تحت واکنش mts افزایش یافته است. نتایج حاصل از مقایسه روش-های سنتز تلقیح همزمان و پی درپی نشان می دهد که میزان تبدیل co با روش سنتز تلقیح پی-درپی، فعالیت و گزینش پذیری بالاتری نسبت به دیگر روش دارد که این به دلیل پراکندگی بیشتر پلاتین بر روی سطح کاتالیست می باشد. در بررسی پارامترهای عملیاتی بر روی کاتالیست ها ملاحظه شد که محدوده دمایی 320 تا °c 360 برای انجام واکنش mts مناسب تر می باشد. در دماهای کمتر از °c 320 درصد تبدیل بسیار اندک (کمتر از 20%) بدست آمد. علاوه بر این با بررسی اثر نسبت بخار به کربن ورودی در محدوده 3 تا 5، بیشترین تبدیل درصد در نسبت 5/4 حاصل شد. همچنین روند کاهشی میزان تبدیل مونوکسیدکربن با افزایش ghsv از 6000 تا h-1 21600، همچنان که مورد انتظار است، مشاهده شد. با تغییز ترکیبت درصد خوراک ورودی به سامانه، نتایج نشان می دهد که در درصدهای کمتر از حضور هیدروژن در خوراک، تبدیل بیشتر مونوکسیدکربن و کاهش تولید متان رخ می دهد.

در این پژوهش به اکسیداسیون منوکسیدکربن در دماهای پایین توسط نانو کاتالیزورهای اکسید مخلوط منیزیم-کبالت ساخته شده به روش هم رسوبی پرداخته شده است. در مرحله اول این پژوهش سعی شد با افزودن 10% اکسید کبالت با روش تلقیح به پایه های مختلف همچون اکسید منیزیم، آلومینات منیزیم و زیرکونیا، مناسب ترین پایه در راستای عملکرد بهتر اکسید کبالت در این واکنش انتخاب شود. پس از انتخاب بهترین پایه از بین پایه های مورد آزمایش (اکسید منیزیم)، روش هم رسوبی برای ساخت کاتالیزور های اکسید مخلوط کبالت-منیزیم مورد استفاده و عملکرد این کاتالیزورها در اکسیداسیون منوکسیدکربن در مقابل کاتالیزور های به دست آمده از روش تلقیح، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که کاتالیزورهای تهیه شده به روش هم رسوبی فعالیت بهتری داشتند. بنابراین در مرحله بعد کاتالیزورهای منیزیم-کبالت با درصدهای مختلف کبالت (wt.% 40-5) ساخته شده و مورد ارزیابی رآکتوری قرار گرفت. کاتالیزور حاوی 30% کبالت با مساحت سطح m2/gr 21/78 بهترین عملکرد را از خود نشان داده و قادر به حذف کامل منوکسیدکربن در دمای c° 240 بود. این کاتالیزور مزوحفره، پایداری بالایی را در حضور عوامل غیر فعال کننده از جمله 10% دی اکسیدکربن و 10% بخار آب از خود نشان داده و بعد از گذشت 30 ساعت در شرایط واکنش، فعالیت خود را حفظ کرد. در این مرحله همچنین اثر شرایط فرآیندی مختلف مانند محیط آماده سازی کاتالیزور قبل از انجام واکنش، تأثیر نحوه خوراک دهی، تکرار پذیری عملکرد کاتالیزور در شرایط واکنش و نیز تأثیر دمای کلسیناسیون روی کاتالیزور comg30 بررسی شد و نتایج نشان داد که استفاده از محیط آماده سازی اکسید کننده و دمای کلسیناسیون c°400 بهترین نتیجه را روی عملکرد این کاتالیزور داشته و تکرار پذیری قابل قبولی در محیط واکنش دارد. در مرحله آخر، روش تاگوچی به عنوان روشی رایج در طراحی آزمایش های صنعتی، برای بهینه سازی شرایط ساخت به منظور رسیدن به بالاترین فعالیت کاتالیزوری روی کاتالیزور حاوی wt.%30 کبالت، در اکسیداسیون دما پایین منوکسیدکربن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که کاتالیزور منیزیم-کبالت ساخته شده با شرایط بهینه یعنی با انتخاب دمای پیرسازی ?c30، 11=ph، زمان پیرسازی h 5/0و همچنین مولاریته محلول منیزیم و کبالت برابر با 15/0، دارای عملکرد مناسب تری در شرایط واکنش اکسیداسیون منوکسیدکربن بوده و در دمای ?c210 به 100% تبدیل می رسد. اندازه ذرات نمونه بهینه حدود 7-5 نانومتر بود.

ذخیره هیدروژن برای فناوری پیل سوختی از اهمیت بسزایی برخوردار است. منیزیم از جمله مواد ذخیره ساز هیدروژن به صورت جامد است که در سال های اخیر به علت ظرفیت بالای ذخیره هیدروژن، قیمت مناسب و فراوانی در طبیعت، بسیار مورد توجه قرار گرفته است، ولی هیدرید شدن منیزیم (هیدروژناسیون) به آهستگی انجام می شود و به دمای بالایی نیز نیاز دارد. تحقیقات زیادی برای رفع این معایب انجام شده است. هدف از انجام این پژوهش، تولید ترکیبی از منیزیم و بهبوددهنده های نیکل، اکسید نیوبیوم و گرافیت با بیشترین ظرفیت و سرعت جذب می باشد که در این راستا و برای رسیدن به پودری با ذرات ریزتر از آسیای گلوله ای سیاره ای با سرعت های متفاوت 250 و rpm 300 و زمان های خردایش 20 ، 30 و 50 ساعت با نسبت وزنی گلوله به پودر 20 به 1 استفاده گردید. برای ارزیابی اندازه ذرات و ریخت شناسی پودرهای آسیا شده از آنالیزهای توزیع اندازه ذرات (psa) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده گردید که در نهایت شرایط بهینه آسیا، سرعت rpm 250 و زمان خردایش 50 ساعت بدست آمد. برای بررسی میزان جذب هیدروژن توسط ترکیبات، دستگاه سیورت ساخته شد و به منظور تعیین فاز، آنالیز پراش اشعه ایکس (xrd) بعد از جذب انجام گرفت. میزان جذب در ترکیبات mg+10%wt x (x= ni, g, nb2o5)، mg+5%wt x+5% y (x,y= ni, g, nb2o5) وmg+5%wt ni+5%wt g+5%wt nb2o5 ارزیابی گردید که بیشترین میزان جذب هیدروژن (%69/5 وزنی)، با استفاده از ترکیب mg+10%wt g در دمای ?c 200 و فشار bar 40 بدست آمد. همچنین تاثیر تغییرات فشار و دمای جذب بر سرعت و مقدار جذب ترکیبات بررسی گردید، نتایج نشان داد که افزایش فشار از 20 تا bar 40 باعث افزایش میزان جذب و سرعت آن شده، ضمنا افزایش دما رابطه مستقیم با میزان جذب و رابطه معکوس با سرعت جذب دارد.

چکیده امروزه بحران های انرژی و آلودگی محیط زیست تبدیل به معضل بزرگی برای بشر شده است. جهت رفع این مشکلات، پیل سوختی به عنوان یکی از منابع انرژی پاک جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی می باشد. در پیل سوختی پلیمری از الکترولیت های پلیمری جامد که توانایی انتقال پروتون دارد استفاده می-شود. نفیان به عنوان غشاء الکترولیت پلیمری گران قیمت بوده و از لحاظ مکانیکی در دمای بالا ناپایدار می-باشد به همین دلیل در این پروژه از پلی اتر اتر کتون استفاده شده است. هدف اصلی در این پژوهش سنتز غشای نانوکامپوزیتی پلی اتر اتر کتون سولفونه – تنگستوفسفریک اسید– مونتموریلونیت (speek/ tpa- mmt) می باشد. ابتدا سولفوناسیون پلیمر در محدوده ی دمایی ??60-50 با تغییر زمان واکنش انجام شد و درجه ی سولفوناسیون با استفاده از طیف سنجی nmr 70% و 65% بدست آمد. در مرحله بعد پودرنانوکامپوزیتی tpa/mmt با نسبت وزنی 3:1، 4:1 و 5:1 سنتز شد. مشخصات ساختاری پودرنانوکامپوزیتی باft-ir ، xrd و sem بررسی شد و نتایج نشان داد کهtpa برهمکنش خوبی با mmt دارد. غشاهایsp65 ، sp65-mmt، sp65-mt1، sp65-mt2 و sp65-mt3 سنتز شد و عملکرد غشاهای نانو کامپوزیتی با غشای تجاری نفیان-117 و پلی اتر اتر کتون سولفونه خالص مقایسه شد. نتایج sem نشان می-دهد که بهبود دهنده، به طرز مناسبی در سطح غشاء پخش شده است. نتایج داده های جذب آب و ظرفیت تبادل یون غشای نانوکامپوزیتی sp65-mt3 به ترتیب49% و meq/gr3 که نسبت به پلی اتر اتر کتون سولفونه خالص که به ترتیب 30% وmeq/gr 82/1 بیشتر است. داده های هدایت پروتون در محدوده ی دمایی ??80-25 بررسی و بیشترین مقدار هدایت پروتون در دمای ??80 برای غشای نانوکامپوزیتی sp65-mt3 (s/cm)1015/0 مشاهده شد. بررسی خواص نفوذ پذیری متانول نشان می دهد که نفوذپذیری متانول نیز برای تمام غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به پلی اتر اتر کتون سولفونه در دمای ??70 کمتر می باشد در نتیجه برای استفاده در پیل سوختی متانولی مستقیم نیز مناسب می باشد. یکی از پارامترهای مهم غشاء، گزینش پذیری است بهترین گزینش پذیری برای غشاء نانوکامپوزیتی sp65-mt1 مشاهده شد.

پیلهای سوختی انرژی شیمیایی را با بازده بسیار بالایی مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. بهترین سوخت پیلهای پلیمری، هیدروژن است که میتواند توسط فرایند ریفرمینگ با بخار آب تأمین شود. پس از فرایند ریفرمینگ واکنش جابجایی آب-گاز انجام می شود که غلظت co را به حدود 2-1% میرساند. از آنجایی که کاتالیست آند پیل های سوختی به شدت به حضور مونوکسیدکربن حساس است، لازم است که مقدار co ورودی به همراه هیدروژن به کمتر از ppm40 کاهش یابد. به این منظور از فرایند اکسیداسیون ترجیحی مونوکسیدکربن (prox) استفاده میشود تا co موجود در خوراک پیل سوختی را در حضور مقادیر زیاد h2 حذف و به co2 تبدیل کند و البته از اکسیداسیون هیدروژن و تولید آب هم جلوگیری شود. سریا به عنوان پایه کاتالیستی در فرایندهای بسیاری به خصوص اکسیداسیون ترجیحی کاربرد دارد. در این تحقیق سنتز ceo2 به روش رسوب گیری و با استفاده از روش طراحی آزمایشات بهینه سازی شد. با توجه به نتایج حاصل، شرایط بهینه سنتز این پایه عبارت است از: 10= ph، زمان پیرسازی 6 ساعت، دمای خشک شدن °c120و کلسیناسیون در دمای °c500 به مدت 6 ساعت. نانوکریستالهای سنتزشده با این شرایط، کروی شکل، با قطری کمتر از nm20 و مساحت سطح m2/g 45/74 به دست آمد. کاتالیست های بر پایه مس با بارگذاری های متفاوت بدون/ و در حضور ارتقادهنده های pt و mn بر روی سریای سنتز شده تلقیح شدند. نتایج آزمایش ها در محدوده دمایی 60 الی °c200 نشان داد که کاتالیست 7%cu/ce0.9mn0.1o2 نسبت به کاتالیست های دیگر بیشترین فعالیت را در محدوده وسیعی از دما با میزان تبدیل co تقریباً 100% و انتخاب پذیری co2 90% از خود نشان میدهد که باعث کاهش میزان co به کمتر از ppm40 می شود. استفاده از منگنز به عنوان ارتقادهنده پایه، میزان تبدیل co و انتخاب پذیری co2 را در تمام محدوده دمایی بررسی شده افزایش میدهد و افزودن پلاتین به عنوان ارتقادهنده جزء فعال نیز میزان تبدیل co را در دماهای کمتر از °c110 نسبت به کاتالیست مس بدون بهبوددهنده تا 40% افزایش می دهد، اما در دماهای بالاتر باعث کاهش میزان تبدیل co میشود. در ارزیابی شرایط عملیاتی مشاهده شد که محدوده دمایی °c160-100 برای فرایند prox نسبت به دماهای دیگر مناسبتر است. نسبت اکسیژن به مونوکسیدکربن موجود در خوراک (?) از 4-1 تغییر داده شد و بهترین عملکرد کاتالیست در 2=? حاصل شد. حضور h2o در خوراک اثر منفی بر عملکرد کاتالیست خواهد داشت و میزان تبدیل co را حدود 10% و انتخاب پذیری co2 را بیشتر از 30% نسبت به خوراک بدون آب کاهش داد. افزایش ghsvاز 10000 به h-130000 انتخاب پذیری co2 را افزایش ولی میزان تبدیل co را کاهش داد. در بررسی پایداری کاتالیست در دمای °c120، 2=? و 20000= ghsvمشخص شد که این کاتالیست پایداری مناسبی دارد به طوری که در 50 ساعت تست پایداری، عملکرد آن بدون تغییر باقی ماند.

در این پژوهش، ابتدا کاتالیست های مس-آلومینا و پلاتین-آلومینا سنتز و مورد ارزیابی راکتوری قرار گرفتند و مشخص گردید که کاتالیست های مسی نسبت به کاتالیست های بر مبنای پلاتین برای msr بسیار فعالتر هستند. پس از دست یابی به بهترین میزان بارگذاری مس (30%وزنی) و پلاتین (5/0%وزنی)، در ادامه پلاتین به عنوان ارتقادهنده به روش های مختلفی در کنار کاتالیست مسی مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که به هنگام استفاده از پلاتین به روش همرسوبی در کنار مس، میزان تبدیل در حدود 11% افزایش یافته و از سوی دیگر co تولیدی به کمتر از ppm100 کاهش می یابد. در گام دوم فلز روی (zn) به روش همرسوبی با درصدهای وزنی مختلف (8/0-3/0) بر روی کاتالیست مس بارگذاری شد تا با ارزیابی های راکتوری بهترین درصد بارگذاری فلزات مشخص شود. بهترین کاتالیست با نسبت-های وزنی مشخص (40cu50zn10al) به عنوان کاتالیست مبنا انتخاب شد. در ادامه منگنز (با نسبت های وزنی مختلف (10%-2)) یا پلاتین (با نسبت های وزنی 0/1%-5/0) بر روی کاتالیست 40cu50zn10al به روش همرسوبی و تلقیح بارگذاری شد و مشخص شد که 5/0% پلاتین همرسوب شده سبب کاهش چشمگیر co تولیدی (از ppm1500 به کمتر از ppm30) و افزایش 2% در میزان تبدیل میشود. از سوی دیگر منگنز نیز که به روش همرسوبی به کاتالیست مورد نظر افزوده شد، سبب حذف کامل co شد؛ در حالیکه میزان تبدیل در حدود 94% در دمای °c270 ثابت ماند. با سنتز کاتالیست مس-روی-آهن نتایج امیدبخشی مشاهده شد. با بارگذاری آهن، فعالیت کاتالیست افزایش یافته و co زیادی در خروجی راکتور مشاهده نشد. با نزدیک شدن نسبت وزنی cu/zn به یک، میزان تبدیل متانول افزایش چشمگیری یافته(حدود 98%)، در حالیکهco تولیدی در حدود صفر گزارش شد. در نهایت کاتالیست 45cu50zn5fe با میزان تبدیل نزدیک به 98% و انتخاب پذیری co2 حدود صددرصد در دمای 270 درجه سانتیگراد به عنوان یک کاتالیست مفید و سودبخش معرفی شد. در ارزیابی شرایط عملیاتی مشاهده شد که محدوده دمایی 270-230 درجه سانتیگراد برای فرایند msr مناسب است. نسبت بخار آب به کربن موجود در خوراک (s/c) از 2-7/0 تغییر داده شد و بهترین عملکرد برای کاتالیستها در 3/1=s:c حاصل شد. برای تمامی کاتالیست ها، افزایش ghsv از 9000 به 136000 انتخاب پذیری co2 را افزایش ولی میزان تبدیل متانول را کاهش داد. در بررسی پایداری بلند مدت 3/1=s:c و h-1 18000= ghsv مشخص شد که این کاتالیست ها پایداری مناسبی دارند به طوری که در طول 17 ساعت از شروع واکنش، همچنان فعالیت خود را حفظ میکنند. از روشهای xrd، bet، tpr و sem برای تعیین مشخصات کاتالیست ها استفاده گردید.

هیدروژن، به عنوان خوراک پیل سوختی پلیمری را می توان توسط واکنش کاتالیستی ریفرمینگ متانول با بخار آب (msr) و در محدوده دمایی کمتر از °c300 تولید کرد. مزیت این واکنش کاربرد آن در سامانه های فرآورش سوخت و سامانه های تولید در محل می باشد. هدف از این پژوهش، دست یابی به میکرو ریفرمرکاتالیستی به همراه پوشش دهی کاتالیست بر روی صفحات فولادی به عنوان لایه فعال می باشد. برای لایه نشانی کاتالیست از روش الکتروفورتیک استفاده شده است.

واکنش ش?فت آب-گاز دما متوسط (mts)، ?ک واکنش کل?دی در سامانه فرآورش سوخت پ?ل سوخت? به منظور حداقلسازی co از جر?ان خروج? فرآیند ر?فرم?نگ متان و جا?گز?ن دو راکتور دما با? و دما پا??ن، با هدف کاهش حجم سامانه م?باشد. در این تحقیق کاتالیست مس بر پایه سریم اکساید سنتز و اثر حضور عناصر مس، نیکل، پلاتین، آهن، زیرکونیوم، سدیم و پتاسیم بر عملکرد این کاتالیست مورد ارزیابی قرار گرفت. بعلاوه اثر حضور مواد فعال سطحی peg، sds و ctab مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت.

چکیده ندارد.