مدل سازی و شبیه سازی راکتور غشایی پالادیومی جهت ریفورمینگ متانول روی کاتالیست Cu/ZnO/Al2O3 برای تولید و جداسازی هیدروژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی سهند

2 دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

در این پژوهش فرآیند ریفورمینگ متانول در راکتور بستر کاتالیستی غشایی بر روی کاتالیستCu/ZnO/Al2O3 و با غشای پالادیومی برای تولید هیدروژن مدل‌سازی و شبیه‌سازی شده است. ابتدا مدل‌سازی ریاضی دو بعدی انجام شده و سپس نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی گزارش شده در منابع مقایسه شده است که مدل ارائه شده تطابق قابل قبولی با درصد خطای حدود %8 را نشان می‌دهد. سپس اثر برخی پارامترهای فرآیندی مانند فشار ناحیه واکنشی، نسبت واکنش دهنده‌ها و میزان فاکتور گاز جاروبی بر روی انتخاب پذیری هیدروژن در فرآیند مورد ارزیابی قرار گرفته است.نتایج نشان می‌دهد که با افزایش فشار از حدود 5/1 تا 5/2 بار، انتخاب پذیری هیدروژن در حدود %3 افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش نسبت آب به متانول از 1 تا 3، انتخاب پذیری هیدروژن در حدود %13 افزایش می‌یابد. تغییرات فاکتور گاز جاروبی نیز برروی انتخاب پذیری اثر می‌گذارد بدین صورت که افزایش مقدار فاکتور گاز جاروبی به اندازه 7 واحد، انتخاب پذیری را حدود %5/4 افزایش می‌دهد. در ادامه توزیع غلظت دو بعدی در راستای طولی و شعاعی راکتور برای متانول نشان داده شده است که نشان می‌دهد تغییرات غلظت متانول در راستای شعاعی به دلیل کوچک بودن راکتور ناچیز است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]    G. Q. Lu, J. C. D. Da Costa, M. Duke, S. Giessler, R. Socolow, R. H. Williams, and T. Kreutz )2007( “Inorganic membranes for hydrogen production and purification: a critical review and perspective,” J. Colloid Interface Sci., vol. 314, no. 2, pp. 589–603.
[2]    B. Lindström and L. J. Pettersson )2001( “Hydrogen generation by steam reforming of methanol over copper-based catalysts for fuel cell applications,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 26, no. 9, pp. 923–933.
[3]    Y. Chen, Y. Wang, H. Xu, and G. Xiong, (2008) “Hydrogen production capacity of membrane reformer for methane steam reforming near practical working conditions,” J. Memb. Sci., vol. 322, no. 2, pp. 453–459.
[4]    M. De Falco, L. Marrelli, and G. laquaniello (2011) “Membrane reactors for hydrogen production processes,” London, England: Springer.
 [5]   M. P. Harold, B. Nair, and G. Kolios (2003) “Hydrogen generation in a Pd membrane fuel processor: assessment of methanol-based reaction systems,” Chem. Eng. Sci., vol. 58, no. 12, pp. 2551–2571.
 [6]   C. H. Fu and J. C. S. Wu (2007) “Mathematical simulation of hydrogen production via methanol steam reforming using double-jacketed membrane reactor,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 32, no. 18, pp. 4830–4839.
[7]    C. H. Fu and J. C. S. Wu (2008) “A transient study of double-jacketed membrane reactor via methanol steam reforming,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 33, no. 24, pp. 7435–7443.
[8]    A. Aghaie and A. Eliassi (2009) “modelling of methanol steam reforming catalytic reactor to produce hydrogen : determination of optimum condition,” in the 6th International Chemical Engineering Congress & Exhibition (IChEC 2009), Kish, Iran.
[9]    S. Sá, J. M. Sousa, and A. Mendes (2010) “Methanol steam reforming in a dual-bed membrane reactor for producing PEMFC grade hydrogen,” Catal. Today, vol. 156, no. 3, pp. 254–260.
[10]  B. A. Peppley, J. C. Amphlett, L. M. Kearns, and R. F. Mann (1999) “Methanol–steam reforming on Cu/ZnO/Al2O3 catalysts. Part 2. A comprehensive kinetic model,” Appl. Catal. A Gen., vol. 179, no. 1, pp. 31–49.
[11]  K. Ghasemzadeh, S. Liguori, P. Morrone, A. Iulianelli, V. Piemonte, A. A. Babaluo, and A. Basile (2013) “H2 production by low pressure methanol steam reforming in a dense Pd–Ag membrane reactor in co-current flow configuration: Experimental and modeling analysis,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 38, no. 36, pp. 16685–16697.