عملية الميثنة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

الميثنة هي عملية تحويل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون (COₓ ) إلى الميثان (CH₄ ) من خلال الهدرجة . وقد اكتشف ساباتير وسينديرينز تفاعلات الميثنة لأول مرة في عام 1902. [ 1 ]

تتمتع عملية الميثنة CO x بالعديد من التطبيقات العملية. فهي وسيلة لإزالة أكاسيد الكربون من غازات العمليات، كما يجري مناقشتها كبديل لعملية PROX في معالجات الوقود لتطبيقات خلايا الوقود المتنقلة . [ 2 ]

تم النظر في عملية الميثنة كوسيلة لإنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي منذ سبعينيات القرن الماضي. [ 1 ] وفي الآونة الأخيرة، تم النظر فيها كوسيلة لتخزين الطاقة المنتجة من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح باستخدام أنظمة تحويل الطاقة إلى غاز بالتزامن مع تخزين الغاز الطبيعي الحالي .

التفاعلات الكيميائية

تصف التفاعلات التالية عملية الميثنة لأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون على التوالي:

CO+3ح2⟶CH4+ح2يا{\displaystyle {\ce {CO + 3H2 -> CH4 + H2O}}} ΔH = -206 كيلوجول/مول
CO2+4ح2⟶CH4+2ح2يا{\displaystyle {\ce {CO2 + 4H2 -> CH4 + 2 H2O}}} ΔH = -164 كيلوجول/مول

تُعد تفاعلات الميثنة طاردة للحرارة بشدة وتطلق كميات كبيرة من الحرارة أثناء اكتمال التفاعل. [ 1 ]

يوجد خلاف حول ما إذا كانت عملية ميثنة ثاني أكسيد الكربون تتم عن طريق امتزاز ذرة هيدروجين أولًا بشكل ترابطي وتكوين وسائط أكسجينية قبل الهدرجة، أو عن طريق تفككها وتكوين مجموعة كربونيل قبل هدرجتها. [ 3 ] يُعتقد أن أول أكسيد الكربون يُميثن عبر آلية تفككية حيث تنكسر الرابطة بين الكربون والأكسجين قبل الهدرجة، بينما تُلاحظ الآلية الترابطية فقط عند تركيزات عالية من الهيدروجين . توجد عدة آليات امتزاز للميثنة. [ 4 ]

خضعت عملية الميثنة باستخدام محفزات معدنية مختلفة ، بما في ذلك النيكل [ 5 ] والروثينيوم [ 6 ] والروديوم [ 7 ] ، لدراسات مستفيضة لإنتاج الميثان من الغاز التخليقي ، بالإضافة إلى تطبيقات أخرى لتحويل الطاقة إلى غاز. [ 3 ] يُعد النيكل المحفز الأكثر استخدامًا نظرًا لانتقائيته العالية وتكلفته المنخفضة. [ 1 ]

التطبيقات الصناعية

إنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي

تُعدّ عملية الميثنة خطوةً مهمةً في إنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي أو البديل (SNG). [ 8 ] يخضع الفحم أو الخشب لعملية التغويز التي تُنتج غازًا مُنتِجًا يجب أن يخضع لعملية الميثنة لإنتاج غاز قابل للاستخدام، والذي يحتاج فقط إلى خطوة تنقية نهائية.

افتُتح أول مصنع تجاري للغاز الاصطناعي عام 1984، وهو مصنع غريت بلينز سينفيول في بيولا، بولاية داكوتا الشمالية. [ 1 ] ولا يزال المصنع يعمل حتى اليوم، وينتج 1500 ميغاواط من الغاز الطبيعي الاصطناعي باستخدام الفحم كمصدر للكربون. وفي السنوات التي تلت افتتاحه، تم افتتاح منشآت تجارية أخرى تستخدم مصادر كربون أخرى، مثل رقائق الخشب. [ 1 ]

في فرنسا، بدأت شركة AFUL Chantrerie، الواقعة في نانت، تشغيل وحدة MINERVE التجريبية في نوفمبر 2017. وقد نفذت شركة Top Industrie هذه الوحدة لإنتاج الميثان، والتي تبلغ طاقتها الإنتاجية 14 مترًا مكعبًا قياسيًا في اليوم، بدعم من شركة Leaf. تُستخدم هذه الوحدة لتغذية محطة غاز طبيعي مضغوط (CNG) ولحقن الميثان في غلاية الغاز الطبيعي. [ 9 ]

تخليق الأمونيا

في إنتاج الأمونيا، يُعتبر كل من أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون من المواد السامة لمعظم المحفزات الشائعة الاستخدام. [ 10 ] تُضاف محفزات الميثنة بعد عدة خطوات لإنتاج الهيدروجين لمنع تراكم أول أكسيد الكربون في حلقة تخليق الأمونيا، حيث لا يُحدث الميثان تأثيرات سلبية مماثلة على معدلات تخليق الأمونيا.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 رونش، ستيفان؛ شنايدر، ينس؛ ماتيسشكي، شتيفي؛ شلوتر، مايكل. جوتز، مانويل. لوفيفر، جوناثان؛ برابهاكاران، براسييث؛ باجوهر ، سيغفريد (2016/02/15). “مراجعة حول الميثان – من الأساسيات إلى المشاريع الحالية”. وقود . 166 : 276– 296. بيب كود : 2016 فيول..166..276 R . دوى : 10.1016/j.fuel.2015.10.111 .
  2. ↑ مين، يونغ؛ كولب، غونتر؛ زابف، رالف؛ هيسل، فولكر؛ لوي، هولغر (2007). "الميثنة الانتقائية لأكاسيد الكربون في مفاعل ذي قنوات دقيقة - الفحص الأولي وتأثير إضافات الغاز". مجلة التحفيز اليوم . 125 ( 1-2 ): 81-87 . doi : 10.1016/j.cattod.2007.02.017 .
  3. 1 2 مياو، بين؛ ما، سو سو خين؛ وانغ، شين؛ سو، هايبين؛ تشان، سيو هوا (2016-06-13). "آليات تحفيز ميثنة ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون" . علوم وتكنولوجيا التحفيز . 6 (12): 4048. doi : 10.1039/C6CY00478D . ISSN 2044-4761 . 
  4. ↑ ميمون، مظهر؛ جيانغ، يانان؛ حسن، محمد؛ أجمل، محمد؛ وانغ، هونغ؛ ليو، يوان (15-12-2023). "المحفزات غير المتجانسة لعملية ميثنة ثاني أكسيد الكربون: نظرة على الأداء التحفيزي" . المحفزات . 13 (12): 1514. doi : 10.3390/catal13121514 . ISSN 2073-4344 . 
  5. ↑ خافيير، ك. أو؛ سريكالا، ر؛ رشيد، ك. ك. أ؛ يوسف، ك. ك. م؛ سين، ب (24 فبراير 1999). "تأثيرات تطعيم أكسيد السيريوم على محفزات Ni/Al₂O₃ لعملية الميثنة ". مجلة Catalysis Today . 49 (1): 17-21 . doi : 10.1016/S0920-5861(98)00403-9 . ISSN 0920-5861 . 
  6. ↑ أوتاكا، ت. (25-06-2003). "إزالة أول أكسيد الكربون من الوقود المُصلَح باستخدام محفزات النحاس والمعادن النفيسة". التحفيز التطبيقي أ: عام . 246 (1): 117-124 . Bibcode : 2003AppCA.246..117U . doi : 10.1016/S0926-860X(03)00048-6 .
  7. ↑ بانايوتوبولو، باراسكيفي؛ كونداريدس، ديميتريس إي؛ فيريكوس، زينوفون إي. (2008). "الميثنة الانتقائية لأول أكسيد الكربون باستخدام محفزات المعادن النبيلة المدعومة: تأثير طبيعة الطور المعدني على الأداء التحفيزي". التحفيز التطبيقي أ: عام . 344 ( 1-2 ): 45-54 . Bibcode : 2008AppCA.344...45P . doi : 10.1016/j.apcata.2008.03.039 .
  8. ↑ كوبيسينسكي، يان؛ شيلدهاور، تيلمان جيه؛ بيولاز، سيرج إم إيه (2010-08-01). "إنتاج الغاز الطبيعي الاصطناعي من الفحم والكتلة الحيوية الجافة - مراجعة تكنولوجية من عام 1950 إلى عام 2009". مجلة الوقود . 89 (8): 1763-1783 . Bibcode : 2010Fuel...89.1763K . doi : 10.1016/j.fuel.2010.01.027 .
  9. ^ "Un démonstrateur Power to Gas en Service à Nantes" . لو مونيتور (بالفرنسية). 2018 . تم الاسترجاع في 9 فبراير 2018 ..
  10. ↑ خورسند، كيفان (2007). "نمذجة ومحاكاة مفاعل التحفيز لإنتاج الميثنة في وحدة الأمونيا" . البترول والفحم . 49 : 46-53 .