Statistical optimization of hydrogen production from bio-methanol steam reforming over Ni-Cu/Al2O3 catalysts

甲醇 蒸汽重整 田口方法 催化作用 制氢 材料科学 化学工程 产量(工程) 化学 冶金 有机化学 复合材料 工程类
作者
Yi-Kai Chih,Wei‐Hsin Chen,Siming You,Chun‐Han Hsu,Hong‐Ping Lin,Salman Raza Naqvi,Veeramuthu Ashokkumar
出处
期刊:Fuel [Elsevier BV]
卷期号:331: 125691-125691 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2022.125691
摘要

• Bio-methanol is employed as a feedstock for H 2 produciton from bio-methanol steam reforming. • Cu-Ni / aluminate composites without organic template is used as catalysts to produces H 2 . • ANOVA analysis reveals that temperature is the primary factor affecting H 2 productivity. • The catalysts achieve 100% bio-methanoal conversion and 2.93 mol / mol CH 3 OH H 2 yield. • Long-term tests confirm the catalysts’ stability and effectivenes as a commercial one. Hydrogen has emerged its importance for decarbonization to approach net-zero emissions in 2050. This study aims to develop three highly-porous Ni-Cu/Al 2 O 3 catalysts (Ni-to-Cu weight ratio = 10 %, 20 %, and 30 %) for hydrogen production from the steam reforming of “Green” methanol (or bio-methanol). The prepared catalysts require no organic templates, thereby efficiently reducing unnecessary costs. With Taguchi orthogonal array design and analysis of variance (ANOVA), the impacts of selected operating factors on hydrogen productivity under ultrasonic sprays are investigated. The results reveal that the carrier gas flow rate is the most influential factor in H 2 yield at the steam-to-methanol molar ratio (S/C) of 1.5, whereas the temperature is the most impactful factor at S/C = 2.0. The regression between the Taguchi effect value and the ANOVA F value develops a strong linear relationship. The optimal experimental conditions of Ni-Cu(30 %)/Al 2 O 3 , reaction temperature of 300 °C, N 2 flow rate of 1,000 mL⋅min −1 , and S/C = 2.0, achieve 100 % methanol conversion, 39.74 vol% H 2 concentration in the product gas, and 2.93 mol⋅(mol CH 3 OH) -1 H 2 yield. Thes data also show superior performance compared to those in the literature. In long-term stability tests, the prepared catalysts also exhibit high stability and effectiveness commensurate with commercialized Cu-based catalysts.

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