دراسة براميترية لمفاعل غشائي محفز لإنتاج غاز الهيدروجين من الوقود النفطي
Parametric Study of Catalytic Membrane Reactor for Hydrogen Production from Petroleum Fuels
- الباحث
- آلاء حسن كاصي عبدالرضا
- المشرف
- تحسين علي الخطاب
- الجامعة
- جامعة بابل
- الكلية / القسم
- كلية الهندسة / الهندسة الكيمياوية
- الشهادة
- ماجستير
- السنة
- 2024
- لغة الرسالة
- انكليزي
- الكلمات المفتاحية
- Catalytic Membrane Reactor ; Hydrogen Production ; Petroleum Fuels ; Parametric Study
الملخص
ازداد استخدام الهيدروجين كحامل للطاقة لأسباب تتعلق بخصائصه غير الضارة بالبيئة. وأكثر الطرق Le gid وأقل تكلفة لإنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي sh) الميثان) هي عملية إعادة التشكيل بالبخار. يتم تطوير نموذج المفاعلات الحفازة ثنائية الابعاد لإنتاج الهيدروجين النقي من الغاز الطبيعي المتكون من الغازات الثلاث (الميثان، الايثان والبروبان) باستخدام غشاء Pd-Ru مع عامل مساعد ,0ي2/1/41. وفي هذه الدراسة؛ dc} نموذج CED لدراسة أداء مفاعل غشائي حفاز من خلال تحويل الغاز الطبيعي من حقل العمارة في العراق وإنتاج الهيدروجين تحت ظروف تشغيل مختلفة، أي درجة حرارة التفاعل، GHSV ١/الساعة و Re وتبين نتائج المحاكاة أن المفاعل الغشائي الحفاز تظهر معدلا عالياً لنفاذ الهيدروجين على الجانب المتخلل (الجانب الأنبوبي) وتحقق معدلا عالياً لتحويل الميثان على Gila التفاعل. بالإضافة إلى ذلكء تناولت الدراسة تأثير تكوينات تدفق الغازء وترتيبات الغاز باتجاه معاكس للتيار والتيار المشترك. تشير النتائج إلى أن تكوين غاز اكتساح التيار بالاتجاه المعاكس أكثر كفاءة مقارنة بتكوين التيار المشترك من حيث تحقيق تدفق أعلى للهيدروجين. وهذا يعني أن تحسين نمط تدفق الغاز الكاسح يمكن أن يعزز أداء نظام (CMR)
Abstract
The use of hydrogen as an energy carrier has increased for reasons related to its environmentally friendly characteristics. The most common and low-cost method of producing hydrogen from natural gas (or CH4) is the steam reforming process. The 2-dimentional axisymmetric catalytic membrane reactor model is developed for pure hydrogen production from natural gas with composition (CH4,C2H6,C3H8) from the AMARA Field in Iraq using a Pd-4.5%Ru membrane with a Ni/Al2O3 catalyst. In this study, a computational fluid dynamics model is prepared to investigate the performance of a catalytic membrane reactor through natural gas conversion and hydrogen production under various operation parameters; reaction temperatures, gas hourly space velocity and sweep gas flow rate. The results of the simulation show that the catalytic membrane reactor exhibits a high permeation rate of hydrogen on the permeate side (tube side) and achieves a high methane conversion rate at the retentate side (shell side). Additionally, the study investigates the impact of sweep gas flowrate configurations, the counter-current and co-current sweep gas arrangements. The findings suggest that the counter-current sweep gas configuration is more efficient compared to the co-current configuration in terms of achieving a higher hydrogen flux. Nomenclature Nomenclature Symbols Description Units Hi Heat of reaction i kJ/mol A Cross sectional area of reactor m2 Concentration of species i kmol/ m3 Dij Diffusivity of binary gas m2/s Ea,i Activation energy J/mol k1,k3 Methane kinetic-constant coefficients kmol.pa 0.5/kg.s k2 Methane kinetic-constant coefficient kmol / pa.kg.s k4 Ethane kinetic-constant coefficient kmol / pa.kg.s k5 Propane kinetic-constant coefficient s-1 KCH4,KCO,KH2 CH4, CO, H2 constants of adsorption pa-1 ke1, ke3 Methane equilibrium constant reactions pa-1 ke2 Methane equilibrium constant reaction KH2O H2O constant adsorption Mi Molecular weight of compound i g/ mole P Pressure Bar Pei Coefficient of permeability mol /s.m. pa0.5 r Coordinate of radial m Nomenclature Symbols Description Units R Constant of gas (8.314) kJ/kmol.K R1 Radius of tube m R2 Radius of shell m rj Reaction rate of j kmol/m3. S T Temperature K Velocity m/s Z Coordinate axial m Κ Permeability bed m2 ρcat Catalyst bed density kg/ m3 ρg Gas Density kg / m3 Greek Letters Description Units ε Porosity of the catalyst λij Stoichiometric coefficient. δ Membrane thickness m ρf fluid Density kg/m3 μ Gas viscosity kg /m.s Symbol Abbreviation Description ATR Autothermal reforming CFD Computational Fluid Dynamics CMR Catalytic Membrane Reactor f Fluid Nomenclature Symbol Description GHG Greenhouse gas GHSV Gas Hourly Space Velocity MR Membrane Reactor MSR Methane Steam Reforming NG Natural Gas Pd Palladium Pd-Ru Palladium-Ruthenium POX Partial oxidation S Shell side SCR Steam to Carbon Ratio t Tube side WGS Water gas shift
طلب نسخة من الملف
الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.