Modeling of reverse water-gas shift reaction in membrane integrated microreactors
Ters su-gazı değişimi reaksiyonunun membran entegre edilmiş mikroreaktörlerde modellenmesi
- Tez No: 792372
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET KERİM AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Membranlı mikrokanal reaktördeki RWGS reaksiyonu modellenmiştir. Proses yoğunlaştırma, H2O ve H2 moleküllerinin seçici taşımına izin veren hidrofilik α-Al2O3 destekli sodalite (SOD) membran kullanılarak yerinde buhar ayırma ile gerçekleştirilmiştir. CuO/ZnO/Al2O3 (CZA) katalizör tabakası, mikroreaktörün dikdörtgen şeklindeki reaksiyon kanallarının iç duvarları boyunca kaplanmıştır. Reaktan olarak da halihazırda bulunan saf H2, süpürme kanalında süpürme gazı olarak kullanılmıştır. Yoğunlaştırılmış reaktörün iki boyutlu, yatışkın hal ve izotermal çalışma koşullarında, tüm akış alanı, membran kütle transferi ve katalitik reaksiyonu momentum ve kütle korunumları ile hesaplanmıştır. Reaktör, 523 K, 5-15 bar ve H2:CO2 giriş molar oranı = 2-4 olacak şekilde çalıştırılmıştır. Reaktif karışımın (H2+CO2) ve süpürme gazının (H2) giriş hızlarının, reaktör basıncının, H2:CO2 molar giriş oranının ve akış yönünün yüzde CO2 dönüşümü, dönüştürülen CO2 miktarı ve sentez gazı bileşimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. H2O'nun reaksiyon kanalından dışarı/ H2'nin süpürme kanalından içeri membran destekli akışı reaktör performansını önemli ölçüde arttırmıştır. Mikrokanal sistemin izotermale yakın koşulların karakteristik özelliklerine sahip olduğunu göstermek için izotermal olmayan koşullarda çalışma yürütülmüştür. Akış yönünün reaktörün çalışması üzerindeki etkisinin ihmal edilebilir olduğu saptanmıştır. Süpürme gazı giriş hızının, performans ölçütlerini önemli şekilde etkilediği gözlenmiştir. Buhar seçici membran entegrasyonu ile süpürme hızının reaksiyon kanalı giriş hızının altı katına çıkarılması, CO2 dönüşümünü %16,1'den %51,6'ya çıkarmıştır. Boyutlandırma çalışmaları, 3,6 m3 'lük çok kanallı reaktörün, 1 MW'lık ticari bir elektrolizörden gelen H2 girdisini işleyebileceğini göstermektedir. Ayrıca, mevcut reaktör birebir aynı şartlarda çalışan dolgu yataklı bir membran reaktör ile kıyaslanmıştır
Özet (Çeviri)
Synthesis gas (syngas) production by reverse water-gas shift (RWGS) reaction is modeled in a membrane integrated microchannel reactor. Process intensification is performed by insitu steam separation via a hydrophilic α-Al2O3 supported sodalite membrane (SOD), which allows selective transport of H2O and H2 molecules. CuO/ZnO/Al2O3 (CZA) catalyst is considered as a layer that is washcoated to the inner walls of the rectangular shaped reaction channels of the microreactor. Pure H2, readily available as a reactant, is used as the sweep gas in the permeate channel. Two dimensional, steady–state, isothermal operation of the intensified reactor is quantified by the momentum and mass conservations in the entire flow domain, membrane material transfer and catalytic reaction. The reactor is operated at 523 K, 5-15 bar and inlet molar H2:CO2 ratio = 2-4 and the effects of inlet velocities of the reactive mixture (H2+CO2) and sweep gas (H2), reactor pressure, molar inlet H2:CO2 ratio and flow partitioning on per cent CO2 conversion, amount of CO2 converted and the synthesis gas composition are studied. Membrane assisted efflux of H2O from/influx of H2 into the reaction channel significantly improves the performance. A non-isothermal study is conducted to demonstrate that the microchannel system has the characteristics of nearisothermal conditions. The effect of flow direction on the reactor operation is found to be negligible. Sweep gas inlet velocity affected the performance metrics significantly. Integration of steam selective membrane and increasing sweep velocity to six times of the reaction channel inlet velocity showed an increase in CO2 conversion from 16.1% to 51.6%. Sizing studies point out that 3.6 m3 multichannel reactor can process H2 input from a 1 MW commercial electrolyzer. The current reactor is also benchmarked with an equivalently operated packed-bed membrane reactor.
Benzer Tezler
- A mathematical modeling study on the intensification of the water-gas shift reaction
Su gazı değişimi tepkimesinin yoğunlaştırılmasına yönelik bir matematiksel modelleme çalışması
ORHUN HARMANCILAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. AHMET KERİM AVCI
- Numerical modeling of stagnation flows over porous catalytic surfaces
Başlık çevirisi yok
HÜSEYİN KARADENİZ
- Fischer-tropsch ile hafif olefin üretimi prosesi için kinetik modelleme ve optimizasyon çalışması
Kinetic modeling and optimization study for light olefin production process with fischer-tropsch
SELİN ERTUNAN GÜMÜŞBOĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GAMZE GÜMÜŞLÜ GÜR
- Hafif olefin üretimi için destekli demir temelli fıscher tropsch katalizörleri üzerinde bir kinetik çalışma ve model analizi
A kinetic study and model analysis on supported iron based fischer-tropsch catalysts for light olefin production
KEREM BÜLBÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
DR. ABDULLAH Z. TURAN
- Sığ kuyu toprak kaynaklı ısı değiştiricilerin tasarımında mevsimlere bağlı atmosferik koşulların etkisi
Effects of seasonal atmospheric conditions on the design of shallow ground-source heat exchangers
FERHAT CAN KOÇAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEVAN KARABETOĞLU