Modeling and simulation of oxidative coupling of methane in a heat-exchange integrated microchannel reactor
Metanın oksijen varlığında katalitik olarak yüksek moleküllü bileşenlere dönüştürülmesi reaksiyonunun ısı değiştirici özellikli bir mikrokanal reaktörde modellenmesi ve benzetimi
- Tez No: 338873
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Kimya Mühendisliği, Energy, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Metanın oksijen varlığında katalitik olarak yüksek moleküllü bileşenlere dönüştürülmesi reaksiyonu, metanın katalitik olarak etan ve etilen hidrokarbonlarına dönüştürülmesini içerir ve petrokimyasal endüstrilerinde kullanılan hammaddelerin alternatif petrolsüz üretimini sunar. Ürün dağılımı yüksek oranda sıcaktığa bağlı olduğundan, bu reaksiyon etkili sıcaklık kontrolü gerektirir. Bu reaksiyonun mikrokanal reaktör teknolojisi ile bütünleşmesi, mikrokanal reaktörlerin prosesi önemli ölçüde yoğunlaştırarak ulaşım direncini düşürme ve güçlü sıcaklık kontrolü sağlama gibi avantajları sayesinde yenilikçi bir proses ortaya çıkarır. Bu çalışmanın amacı, bu reaksiyonu hesaplamalı olarak bir soğutma akışı varlığında, ısı değiştirici özellikli bir mikrokanal reaktörde modellemek ve farklı operasyonel ve yapısal parametrelerin reaksiyon performansı üzerindeki etkilerini göstermektir. Hesaplamalı kararlı-hal benzetmeleri, mikrokanal reaktörlerde etkili ısı transferinin ve geliştirilmiş sıcaklık dağılımının elde edilebileceğini göstermektedir. Sonuçlara göre, ısı iletkenliği yüksek duvar kullanmak sıcaklık profilini düzenlemekte ve ürün verimini geliştirmektedir. Daha kalın duvar kullanmak ortalama reaksiyon sıcaklığını yükseltmekte fakat ürün verimini düşürmektedir. Reaksiyon girişindeki molar metan/oksijen oranını arttırmak, indirgenmiş ekzotermik ısı çıkışı nedeniyle reaksiyon sıcaklığını ve reaktant dönüşümünü düşürmektedir, bu da ürün verimini azaltmaktadır. Soğutma kanalı giriş sıcaklığının tam tersine, reaksiyon kanalı giriş sıcaklığının reaksiyon sıcaklığı profiline etkisi çok azdır. Soğutma kanalı akış hızının arttırılması reaksiyon sıcaklığını azaltıp ürün verimini arttırır iken, reaksiyon kanalı akış hızının arttırılmasının sıcaklık profili üzerinde tersi etkiye sahip olduğu ve ürünlerin oksidasyonuna neden olduğu gözlenmiştir. 46.8% metan dönüşümü ile 23.9% ürün veriminin elde edildiği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Oxidative coupling of methane (OCM) involves catalytic conversion of methane into C2 hydrocarbons (ethane and ethylene) and offers an alternative oil-free production of important feedstock used in petrochemical industry. OCM requires effective temperature control since the product distribution depends strongly on temperature. Integration of OCM with microchannel reactor technology can lead to a novel process, since the micro-technology has advantages like significant intensification of the process which minimizes the transport resistances and allows robust temperature control. The aim of this study is to investigate OCM in a cooling flow enabled heat-exchange integrated microchannel reactor by computer-based modeling and simulation techniques, and to demonstrate the effects of different operational and structural parameters on the reaction performance by means of temperature profile and C2 hydrocarbon yield. Steady-state simulations conducted using computational fluid dynamics (CFD) show that effective heat transfer and improved temperature distributions can be obtained in the microchannel reactor. The results indicate that, using walls with high thermal conductivity regulates temperature profile and improves the C2 hydrocarbon yield at the same time. Using thicker walls increases the average reaction temperature, but decreases the C2 hydrocarbon yield. It is observed that increasing the molar methane-to-oxygen ratio in the feed decreases the reaction temperature and conversion immediately due to reduced release of exothermal heat, resulting in lower C2 hydrocarbon yield. In contrast with the cooling channel inlet temperature, reaction channel inlet temperature has much lower effect on temperature profile. It is also observed that increasing the mass flow rate of cooling channel decreases the reaction temperature and increases the C2 hydrocarbon yield, whereas increasing the mass flow rate of the reaction channel has the opposite effect on the reaction temperature profile, leading to the oxidation of C2 hydrocarbons. The possibility of obtaining 46.8% methane conversion and 23.9% C2 yield is demonstrated.
Benzer Tezler
- Havasız arıtmanın fizikokimyasal dengelerle modellenmesi
The Modelling of anaerobic digesters with physico-chemical equilibria
GÜLER DARTAN (DEMİR)
- Numerical modeling of stagnation flows over porous catalytic surfaces
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN KARADENİZ
- Oxidative steam reforming of light hydrocarbons in a catalytic microchannel reactor
Hafif hidrokarbonların oksijen destekli buhar reformlamalarının katalitik mikrokanal reaktör düzeninde incelenmesi
İREM ŞEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET KERİM AVCI
- Omic analyses of stress-resistant Saccharomyces cerevisiae
Strese dirençli Saccharomyces cerevisiae'nin omik analizleri
ENES FAHRİ TEZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
PROF. DR. ŞEFİKA KUTLU ÜLGEN
