چکيده
امروزه به دليل پتانسل بالاي هيدروژن، استفاده از آن جهت توليد انرژي پاك بسيار مورد توجه قرار گرفته است. بخش اعظم هيدروژن مورد نياز در دنيا به وسيله‌ي ريفرمينگ بخار متان تامين مي‌شود. جريان هيدروژن حاصل از ريفرمينگ بخار متان، حاوي ناخالصي‌هايي مي‌باشد كه مهم‌ترين آن‌ها CO، CO_2 و H_2 O مي‌باشند. اصلي‌ترين چالش در فرآوري هيدروژن به عنوان خوراك در واحدهاي صنعتي يا پيل‌هاي سوختي غلظت CO موجود در آن است. طبق استانداردها غلظت CO در جريان هيدروژن بايد به كمتر از ppm 20 برسد، در غير اين صورت باعث سمي شدن كاتاليست موجود در پيل سوختي مي‌شود.
خالص سازي هيدروژن شامل مراحل اوليه و نهايي مي‌باشد. خالص سازي اوليه توسط فرايند كاتاليستي انتقال آب -گاز انجام مي‌شود. كاتاليست‌هاي انتقال آب -گاز به پنج دسته كلي؛ كاتاليست‌هاي انتقال دما بالا، كاتاليست‌هاي انتقال دما پايين، كاتاليست‌هاي مبتني بر سريم و فلزات نجيب، كاتاليست‌هاي مبتني بر كربن، كاتاليست‌هاي نانوساختار تقسيم بندي مي‌شوند. كاتاليست‌هاي انتقال دما بالا و دما پايين در مقياس صنعتي بكارگرفته شده‌اند. مرحله خالص سازي نهايي عموما توسط چهار روش اصلي؛ متاناسيون، اكسيداسيون ترجيحي كربن‌مونواكسيد(PROX)، جذب همراه نوسان فشار و غشاء انجام مي‌شود. دو روش اول كاتاليستي مي‌باشند و بيشتر تمركز در اين تحقيق بر روي آن‌ها مي‌باشد.
فرايند متاناسيون شامل دو واكنش متاناسيون CO و متاناسيونCO_2 مي‌باشد كه هر دو واكنش همراه با مصرف هيدروژن مي‌باشند. نكته اصلي در رابطه با اين روش، حداقل كردن مصرف H_2 با محدود كردن واكنش متاناسيونCO_2 مي‌باشد. تا كنون كاتاليست‌هاي مختلف فلزي براي اين فرايند معرفي شده‌است كه از جمله موثرترين آن‌ها مي‌توان به Ni/ZrO_2 و Ru/TiO_2 اشاره كرد. روش بعدي PROX است كه شامل دو واكنش اكسيداسيون CO و H_2 مي‌باشد. كه البته واكنش دوم كاملا نامطلوب است و بايد بوسيله كاتاليست كنترل شود. كاتاليست‌هاي اين فرايند به سه دسته كاتاليست‌هاي فلزات نجيب مانند Pt، Pd، Ir، Ru و Rh همراه با پايه، نانوكاتاليست‌هاي از جنس طلا و كاتاليست‌هاي اكسيد فلزي كه بطور عمده شاملCuO- CeO_2 مي‌شود تقسيم مي‌شوند. دسته اول بهترين عملكرد را دارند اما بنابر دلايل اقتصادي و در دسترس نبودن مناسب نمي‌باشند. امروزه بيشتر توجهات معطوف به دسته سوم مي‌باشد. روش جذب همراه نوسان فشار در اكثر واحدهاي صنعتي براي خالص سازي هيدروژن بكار مي‌رود و در آن از جاذب استفاده مي‌شود. اين روش به دليل پيچيدگي و هزينه بالايي كه دارد براي استفاده در واحدهاي كوچك مقياس مناسب نمي‌باشد. خالص سازي با فرايند غشاء نيز بوسيله سه نوع مختلف غشاء شامل: پليمري، فلزي متراكم و غيرآلي انجام مي‌شود.
واژه‌هاي كليدي: هيدروژن، اكسيداسيون ترجيحي كربن‌مونواكسيد، متاناسيون، انتقال آب-گاز
