امروزه تولید هیدروژن به عنوان یکی از حامل های انرژی پاک مورد توجه بسیاری قرارگرفته است.  فرآیند سنتی تولید هیدروژن ریفورمینگ متان با بخار آب می باشد. انتشار حجم عظیمی از دی اکسید کربن و دو مرحله ای بودن این فرآیند از نارسایی های موجود در این روش است که این امر موجب توجه بیشتر محققان به تبدیل مستقیم متان به هیدروژن شده است. فن آوری پلاسما به دلیل عدم نیاز به کاتالیست، عدم حساسیت به ناخالصی های خوراک ورودی، حجم کم واحد عملیات، راه اندازی سریع و تک مرحله ای بودن فرآیند کاهش شگرف هزینه های سرمایه گذاری را به همراه داشته است و پتانسیل جایگزین شدن فن آوری های رایج کنونی را دارد. در این مقاله تولید گاز هیدروژن از متان با استفاده از راکتور پلاسمای تخلیه قوسی بررسی شده است که راکتور طراحی شده امکان بررسی تأثیر مواردی چون دوری از حالت تعادل و سرعت گاز عبوری را بر میزان درصد تبدیل متان و انتخاب پذیری هیدروژن و همچنین بازدهی انرژی فراهم کرده و افق جدیدی را از نقطه نظر مدل سازی و پدیده شناختی فرآیندهای پلاسما شیمی رقم زده است. نتایج حاصل از آزمایشات نشان می دهد که راکتور پلاسمای پیشنهادی منجر به بهبود بازدهی انرژی در مقایسه با نمونه های قبلی شده است. بازدهی تولید هیدروژن در راکتور با الکترود دیسکی 58% به دست آمد. محصول گازی عمدتاً هیدروژن با انتخاب پذیری بالای 95% است و درصد اندکی از هیدروکربن های اتان، اتیلن و استیلن تولید شده که قابل صرف نظر است. کربن جامد با اندازه ذرات متوسط nm 50-30 روی الکترودها و جداره داخلی راکتور انباشته می شود که شامل کربن آمورف و کربن گرافیتی است. از تفسیر ماکروسکوپیک نتایج استنباط می شود که انتقال جرم در میزان تبدیل متان نقش مهمی دارد. بر این اساس یک رابطه تجربی برای تابعیت ثابت سینتیک ظاهری با شدت جریان ورودی ارائه شده است.

هدف این مطالعه بررسی تجزیه متان و مدل سازی آن است. برای این منظور ابتدا دستگاهی جهت تولید و تجزیه هیدرات آماده شده است. در آزمایش های انجام گرفته، ابتدا با وارد کردن گاز متان در فشار 76.6 bar و آب در دمای275.2 K ، هیدرات تولید شده، سپس با کاهش فشار تا فشار اتمسفریک، تجزیه هیدرات آغاز می شود. آزمایش ها جهت تجزیه هیدرات در 7 مرحله انجام شد به این ترتیب که هر بار که فشار ظرف به حدود 2.5 bar رسید، با تخلیه گاز، به فشار اتمسفریک می رسید. مرحله نخست در دمای 270.4 K و 6 مرحله دیگر در دمای 271.4 K انجام شده است. مول گاز متان از معادله حالت پنگ رابینسون محاسبه شده است. برای بررسی داده های تجزیه هیدرات از دو مدل واکنش تجزیه و نفوذ استفاده شده است. در 3 مرحله نخست که ابتدای تجزیه است، مدل واکنش تطبیق بیشتری با داده ها دارد. با ادامه یافتن فرایند تجزیه هیدرات و تبدیل فاز هیدرات به یخ در مرحله های 4، 5 و 7 مدل نفوذ، نتیجـه بهتری نسبت بـه مدل واکنش دارد ولی در مرحله 6، مـدل واکنش تطبیق بیشتری دارد کـه به نظر می رسد دلیل این اختلاف، تخریب قفس های نوع L پس از قفس های نوع S باشد.

تری ریفورمینگ (تبدیل سه گانه) که شامل ترکیبی از تبدیل متان با دی اکسید کربن، بخارآب و اکسایش جزئی آن می باشد، برای تولید گاز سنتز با نسبت مطلوب (CO/H2) مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق به ارزیابی ترمودینامیکی این فرایند برای به دست آوردن شرایط بهینه عملیاتی از نقطه نظر تعادل ترمودینامیکی پرداخته شده است. محاسبات ترمودینامیکی با استفاده از روش حداقل سازی انرژی آزاد گیبس سیستم و با استفاده از نرم افزار CHEMKIN انجام گرفته است. در این کار از ترکیبات متغیری از خوراک اولیه (شامل متان، (CO2, H2O, O2 در محدوده دمایی 500-1000K و در فشارهای مختلفی، برای تولید گاز سنتز استفاده شد. نتایج نشان می دهند که برای بالا رفتن تبدیل متان،CO2  و H2O، نسبت های (CH4:CO2:H2O:O2) برابر با (0.1: 0.2: 0.4: 1)،(1: 0.475:0.475: 0.1)  و (0.1: 0.5: 0.2: 1) بهترین ورودی ها در دمای 1000K برای این فرایند می باشند. ضمنا، افزایش نیتروژن به همراه خوراک، تاثیر بسیار اندکی در تبدیل متان،CO2  و H2O دارد. در فشارهای بالا، درصد تبدیل واکنشگرها به گاز سنتز کمتر است، بنابراین فشار اتمسفر برای فرایند تبدیل سه گانه بسیار مناسب است.

تبدیل متان توسط پلاسمای پالسی تابان در فشار اتمسفر مورد بررسی قرار گرفت. محصولات این فرایند که هیدروژن، اتیلن، استیلن، اتان، پروپان و محصولاتی شامل تا پنج کربن بودند، توسط گاز کروماتوگرافی آشکار شدند. بازده انرژی پلاسما به حدود ده درصد رسید که از بازده حدود %7 که پیشتر گزارش شده بود بهتر می باشد. نشان داده می شود که در صورت تصحیح روش، ممکن است بتوان به عددهای بالاتر نیز دست یافت.

با توجه به میزان انتقال حرارت بهبود یافته، یکنواختی بستر کاتالیست و عدم مقاومت نفوذ در راکتورهای بستر سیال، استفاده از این نوع راکتورها در تولید گاز هیدروژن با استفاده از فرایند تبدیل کاتالیستی متان در مجاورت بخار آب مناسب به نظر می رسد. در این پژوهش، مدلی ارایه شده تا بتوان با استفاده از شبیه سازهای موجود و ساختار هیدرودینامیکی بستر سیال، رفتار راکتور کاتالیستی متان را به عنوان یک راکتور غیر ایده آل در مجموعه یک فرایند پیچیده پیش بینی کرد. نتیجه های به دست آمده از شبیه سازی این مدل در محیط نرم افزار 1، Hysys 3 با داده های تجربی در تعداد تقسیم های کم تر برای این فرایند مطابقت بسیار خوبی دارد و در مقایسه با مطالعات اخیر در این زمینه نتیجه های بهتری را نشان می دهد.

گاز طبیعی به عنوان یکی از منابع انرژی فسیلی شناخته شده است و نسبت به زغال سنگ و نفت دارای مزایای متعددی است، ازجمله محتوای انرژی بالاتر و انتشار کمتر دی اکسید کربن. این ویژگی ها موجب شده است که گاز طبیعی به عنوان یک منبع مهم در تولید انرژی مورد توجه قرار گیرد. بااین حال، انتشار متان نسوخته در محیط به یک چالش زیست محیطی تبدیل شده است، زیرا اثر گلخانه ای آن 25 برابر بیشتر از دی اکسید کربن است. احتراق کاتالیستی یکی از راهکارهای مؤثر برای تبدیل متان به دی اکسید کربن در دماهای پایین و کاهش آلودگی های زیست محیطی محسوب می شود. ازاین رو، این فرایند به عنوان گزینه ای منطقی و پاک برای بهره برداری از انرژی های فسیلی مطرح است. تحقیقات در زمینه کاتالیست های دما پایین برای احتراق متان عمدتاً بر روی فلزات گران بها، پروسکایت ها، هگزا آلومینات ها و سایر اکسیدهای فلزات واسطه متمرکز شده است. در این میان، کاتالیست های مبتنی بر فلزات گران بها بهترین عملکرد کاتالیستی را نشان داده و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. این کاتالیست ها، در مقایسه با سایر گزینه ها، علاوه بر فعالیت کاتالیستی بالاتر، مقاومت بیشتری در برابر مسمومیت کاتالیستی داشته و از چشم انداز بهتری برای کاربردهای تجاری برخوردارند. این مقاله به مرور اصول اولیه کاتالیست ها، انواع آن ها و به ویژه کاتالیست های ناهمگن پرداخته شده است و بررسی های لازم در زمینه کاربردهای صنعتی احتراق کاتالیستی متان را ارائه می دهد

در دهه اخیر، شعله های لوله ای به دلیل هندسه خاص، مورد توجه قرار گرفته اند. مزیت بزرگ شعله های لوله ای نسبت به سایر شعله ها، توزیع یکنواخت دما است. در نتیجه تشکیل نوسانات حرارتی در محفظه احتراق کاهش می یابد. در این مقاله یک شعله لوله ای غیر پیش آمیخته تحت شرایط عملکردی مختلف به صورت عددی شبیه سازی شده است. برای شبیه سازی عددی حلگری در نرم افزار متن باز اپن‏فوم توسعه داده شده و نتایج عددی به دست آمده با داده های تجربی موجود مقایسه شده است. حل عددی و داده های تجربی از مطابقت خوبی برخوردار است. همچنین، توزیع دما و غلظت گونه های مهم احتراق در میانه محفظه احتراق به کمک دو سینتیک یک مرحله ای و DRM22 مقایسه شده و پایداری شعله در شرایط عملکردی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که زمانی که احتراق در حضور هوا انجام پذیرد، با افزایش کسر مولی اکسیژن، ناحیه پایداری شعله باریک شده و شعله در نسبت های هم ارزی نزدیک به حد خاموشی شعله، به صورت پایدار تشکیل می شود. اگر از اکسیژن خالص به عنوان اکسیدکننده استفاده شود، شعله در نسبت های هم ارزی بین 0.1 تا 0.2 پایدار می شود و دمای شعله بسیار افزایش می یابد. برای کنترل دمای شعله، دی اکسیدکربن از محصولات خروجی به اکسیدکننده اضافه می شود. در ادامه اثرات اضافه کردن دی اکسیدکربن بر محدوده پایداری شعله مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که با کاهش کسر مولی اکسیژن، محدوده پایداری شعله افزایش می یابد.