Ρύπανση-Ενέργεια και Τεχνολογίες Αντιρύπανσης

Transcript

1 Ρύπανση-Ενέργεια και Τεχνολογίες Αντιρύπανσης Χαράλαμπος Ματραλής Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Τόμος Γ Παραγωγή Υδρογόνου από Υδρογονάνθρακες

2

3 Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο» η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» (ΕΠΕΔΒΜ) του ΕΣΠΑ ( ), Άξονας Προτεραιότητας 7: «Ενίσχυση της Διά Βίου Εκπαίδευσης Ενηλίκων στις 8 Περιφέρειες Σύγκλισης» με κωδικό MIS και η οποία συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους, μέσω του Προγράμματος Δημοσίων Επενδύσεων (ΠΔΕ) του ΥΠΑΙΘ. Παραγωγή Υδρογόνου από Υδρογονάνθρακες Σημείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδημαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

4 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Θεματική Ενότητα ΡΥΠΑΝΣΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ Τόμος Γ Παραγωγή Υδρογόνου από Υδρογονάνθρακες Συγγραφή ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΜΑΤΡΑΛΗΣ Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Κριτική Ανάγνωση ΑΛΕΞΙΟΣ ΛΥΚΟΥΡΓΙΩΤΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού του ΠΣ ΑΛΕΞΙΟΣ ΛΥΚΟΥΡΓΙΩΤΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών Συντονιστής για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού της ΘΕ ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΟΣ ΑΛΜΠΑΝΗΣ Καθηγητής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων Ειδικός στη Μεθοδολογία της Ανοικτής και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης ΗΛΙΑΣ ΜΑΥΡΟΕΙΔΗΣ Γλωσσική Επιμέλεια ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ-ΕΛΙΣΑΒΕΤ ΒΟΥΤΣΙΝΟΥ Τεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Σελιδοποίηση ΒΙΒΛΙΟΤΕΧΝΙΑ ΠΑΠΠΑΣ ΦΩΤΙΟΣ - ΔΟΥΒΟΥ ΣΕΒΑΣΤΗ Ο.Ε. ISBN: Κωδικός Έκδοσης: ΚΠΠ 60/Γ Copyright 2015 για την Ελλάδα και όλο τον κόσμο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Πάροδος Αριστοτέλους 18, Περιβόλα Πατρών Τηλ.: , Φαξ: To παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις του Ελληνικού Νόμου (Ν. 2121/1993 όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) και τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται απολύτως η άνευ γραπτής αδείας του εκδότη, κατά οποιονδήποτε τρόπο ή μέσο, αντιγραφή, φωτοανατύπωση και εν γένει αναπα- ραγωγή, εκμίσθωση ή δανεισμός, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή (ηλεκτρονική, μηχανική κ.λπ.) και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου.

5 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Πρόγραμμα Σπουδών ΚΑΤΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Θεματική Ενότητα ΡΥΠΑΝΣΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΝΤΙΡΥΠΑΝΣΗΣ Τόμος Γ Παραγωγή Υδρογόνου από Υδρογονάνθρακες ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ ΜΑΤΡΑΛΗΣ Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Πατρών ΠΑΤΡΑ 2015

6 Βιογραφικό Ο Χαράλαμπος K. Ματραλής είναι επίκουρος καθηγητής του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Πατρών. Είναι πτυχιούχος χημικός (1983) και διδάκτωρ (1988) του ίδιου πανεπιστημίου. Κατά την τετραετία διετέλεσε αναπληρωτής επιστημονικός υπεύθυνος της ομάδας εκτέλεσης του έργου «Ανάπτυξη του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου». Έχει 40 εργασίες δημοσιευμένες σε διεθνή περιοδικά με κριτές, με αριθμό ετεροαναφορών μεγαλύτερο του 1500 (h-index 20), περίπου 65 σε διεθνή και πανελλήνια επιστημονικά συνέδρια, και είναι συγγραφέας (ή συν-συγγραφέας) πέντε βιβλίων. Οι ερευνητικές του δραστηριότητες εστιάζονται στο πεδίο της Ετερογενούς Κατάλυσης με εφαρμογή σε περιβαλλοντικά ευαίσθητες διεργασίες, όπως ο έλεγχος της εκπομπής ρύπων από στατικές και κινητές πηγές, η αξιοποίηση του CO2 και η παραγωγή υδρογόνου, καθώς και ο καθαρισμός υδρογόνου για χρήση σε κυψελίδες καυσίμου.

7 Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Παραγωγή υδρογόνου από υδρογονάνθρακες Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Υδρογονάνθρακες ως πρώτη ύλη για την παραγωγή υδρογόνου Οξειδωτικές και μη οξειδωτικές τεχνολογίες παραγωγής υδρογόνου από υδρογονάνθρακες Οξειδωτικές διεργασίες Μη οξειδωτικές διεργασίες...18 Σύνοψη...20 Βιβλιογραφία...22 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...23 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ατμοαναμόρφωση του φυσικού αερίου Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Καταλυτική αναμόρφωση με υδρατμούς Φυσικό αέριο Περιγραφή της διεργασίας Καθαρισμός της τροφοδοσίας Προ-αναμόρφωση Καταλυτική αναμόρφωση του μεθανίου με υδρατμούς Αντίδραση μετατόπισης Διαχωρισμός και καθαρισμός του υδρογόνου...53

8 8 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΕΣ 2.4 Μηχανισμός και κινητική της ατμοαναμόρφωσης του μεθανίου Ο μηχανισμός Η κινητική Καταλύτες ατμοαναμόρφωσης του μεθανίου Ο βιομηχανικός καταλύτης Ερευνητικές προσπάθειες για τη βελτίωση των καταλυτών...63 Σύνοψη...69 Βιβλιογραφία...71 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...73 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ατμοαναμόρφωση άλλων τροφοδοσιών Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Υδρογονάνθρακες C2-C Υγραέριο (LPG) Η χημεία της αναμόρφωσης με ατμό των υδρογοναθράκων C2-C Καταλύτες Υγροί υδρογονάνθρακες Η χημεία της αναμόρφωσης με ατμό των υγρών υδρογοναθράκων Αποθείωση της τροφοδοσίας και μετα-αποθείωση του αναμορφώματος Αποθείωση της τροφοδοσίας Μετα-αποθείωση...97

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 9 Σύνοψη...99 Βιβλιογραφία Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Μερική οξείδωση υδρογονανθράκων Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Θερμική (μη καταλυτική) μερική οξείδωση Η τροφοδοσία της διεργασίας Περιγραφή της διεργασίας Καταλυτική μερική οξείδωση Χρήση μεμβρανών στη μερική οξείδωση Σύνοψη Βιβλιογραφία Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Αυτόθερμη και συνδυασμένη αναμόρφωση υδρογονανθράκων Εισαγωγικές Παρατηρήσεις Οξειδωτική ατμοαναμόρφωση και αυτόθερμη αναμόρφωση Περιγραφή της διεργασίας Η χημεία της διεργασίας Μηχανισμός της διεργασίας Καταλύτες...148