Geri Dön

A study on mathematical modeling of direct synthesis of dimethyl ether in structured membrane reactors

Mimarili membran reaktörlerde dimetil eter sentezinin matematiksel modellenmesi

  1. Tez No: 730995
  2. Yazar: HAYRETTİN HASAN KÖYBAŞI
  3. Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KERİM AVCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 53

Özet

CO2'nin dimetil etere (DME) dimetil etere (DME) katalitik dönüşümü membranlı mikrokanal reaktörde modellenmiştir. Buharı ayrıştırabilen α-Al2O3 destekli SOD membran tabakası, reaktör mimarisinde reaksiyon ve süpürme kanalları arasında bulunmaktadır. Reaksiyon kanalları, sırasıyla metanolün oluşumu ve dehidrasyonundan sorumlu Cu–ZnO/Al2O3 (CZA) ve HZSM–5 katalizörlerinin fiziksel karışımıyla kaplanmıştır. CO2-H2 gaz karışımı (H2/CO2) reaksiyon kanalına 6×103 ml gk-1 sa-1 boşluk hızıyla gönderilmiş, eşit sıcaklık ve basınçtaki H2 gazı ise membrandan süzülen buharı uzaklaştırmak üzere süpürme kanalına beslenmiştir. Kütle ve momentum korunum denklemlerini baz alan izotermal yatışkın hal modeli ANSYS programında numerik olarak çözülmüştür. Hesaplanan performans metrikleri, 483–543 K ve 30–50 bar aralığında literatürde belirtilen deneysel verilerden minimal sapma göstermektedir. Enerji korunum denklemlerinin modele eklenmesiyle elde edilen neredeyse sabit sıcaklık profili ve değişmeyen reaktör performansı, izotermal koşulların geçerliliğini tasdik etmektedir. Membran entegrasyonu reaksiyon karışımına H2 girişi ve H2O çıkışı sağladığından, CO2 dönüşümünü (~60) ve DME verimini (~%30) membransız sonuçlara göre en az üç kat artırmaktadır. Sıcaklık ve basıncın artırılması membran işlevini ve faydalarını daha belirgin hale getirmektedir. Süpürücü H22 gazını zıt yönlü beslemek daha üstün H2O ayrımı sağlamaktadır. Süpürme kanalının oransal giriş hızı (vrat) membran kütle aktarımını önemli ölçüde etkilemektedir. Katalizör kütle oranını (CZA/HZSM-5) artırmak hem performans metriklerini hem de reaktör kapasitesini iyileştirmektedir. 1 MW'lık elektrolizörün gerekli hidrojeni sağlaması halinde, ~7 m3'lük reaktör sistemi yıllık 1×103 ton CO2'den 2.76×102 ton DME sentezleyebilmektedir.

Özet (Çeviri)

Catalytic transformation of CO2 into dimethyl ether (DME) is modeled in a membrane microchannel reactor. The reactor geometry includes an α-Al2O3 supported SOD membrane layer, capable of in-situ H2O removal, residing between a reaction channel and a parallel permeate channel. Reaction channels are washcoated with a physical mixture of Cu–ZnO/Al2O3 (CZA) and HZSM–5 catalysts, which are responsible for the synthesis and dehydration of methanol respectively. CO2-H2 reactant mixture (H2/CO2=3) is dosed to the reaction channel at space velocity=6x103 ml gcat-1 h-1 whereas, pure H2 at identical temperature and pressure, is fed to the permeate channel to sweep permeated steam. A steady-state isothermal reactor model based on the mass and momentum conservation equations is solved numerically using ANSYS software. Computed performance metrics show minimal deviation from the reported experimental data at 483–543 K, 30–50 bar. Incorporation of energy conservation to the model results in near-constant temperature profile and almost identical reactor performance, which validates isothermal operation. Owing to steam effux from and H2 influx to the reactive stream, membrane integration increases CO2 conversion (~60%) and DME yield (~30%) by a factor of >3 compared to membraneless operation. The benefits become more significant at higher temperature and pressures. Sending sweep H2 counter-currently offers superior H2O removal. Relative inlet velocity of the permeate inlet (vrat) affects membrane mass transfer dramatically. Adopting higher CZA/HZSM-5 mass ratio improves both performance metrics and the reactor capacity. With a ~7 m3 reactor system, 2.76x102 tons of DME can be synthesized from 1x103 tons of CO2 annually, provided that 1MW electrolyzer provides the required H2.

Benzer Tezler

  1. Modeling of an evaporation-condensation type aerosol generator for synthesis of semiconductor nanocrystals

    Yarı iletken nanokristallerin sentezi için buharlaşma-yoğuşma tipi aerosol jeneratörünün modellenmesi

    ZEYNEP BİRCE REYHAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NECİP BERKER ÜNER

  2. Kentsel atıksu arıtma tesisi anaerobik çamur çürütücülerinin dinamik proses modelleme yaklaşımı ile analizi

    Analysis with dynamic process modeling approach of anaerobic sludge digesters of the urban wastewater treatment plant

    KERİM EKİCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN GÜÇLÜ İNSEL

  3. Değişken kesitli baraj-rezervuar etkileşim problemlerinin varyasyonel hibrid eleman metodu ile çözümü

    Başlık çevirisi yok

    HAKAN UÇAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERTAÇ ERGÜVEN

  4. A refined methodology tor model-based FPGA hardware design: An example of quadrotor dynamical model implementation

    Model tabanlı FPGA donanımı tasarımında iyileştirilmiş bir yöntem sistemi: Bir dört rotorlu için dinamik model gerçekleme örneği

    SEZER MEMİŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ

  5. Removal of odor emissions from food fermentation and petrochemical production processes with using biological treatment methods

    Gıda fermentasyon ve petrokimya üretim sektörleri kaynaklı koku emisyonlarının biyolojik arıtma yöntemleri ile giderilmesi

    İLKER AKMIRZA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KADİR ALP