Parametric analysis of Fischer-Tropsch synthesis in a catalytic microchannel reactor
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
Fischer-Tropsch sentezi (FTS), karbon monoksit ve hidrojen gazlarının karışımındanoluşan sentez gazının katalizör eşliğinde petrol bazlı pek çok yakıtın muadili olabileceksentetik yakıtlara dönüstürülmesidir. FTS sonucu oluşan ürünlerin dağılımı ortamsıcaklığına bağlı olduğundan, etkin sıcaklık kontrolü gerekmektedir. Bu noktada,FTS ile mikrokanal reaktör teknolojisinin birleştirilmesi başarılı sonuçlar verebilir;mikrometre civarındaki boyutlarıyla mikrokanal teknolojisi, hem süreçlerde küçülmeyihem de kütle ve ısı iletimi dirençlerinin en düşük seviyeye indirebilmesini, aynı zamandakatalizörün etkin biçimde kullanımını sağlayabilmektedir. Bu çalışmada, FTSnin katalitik mikrokanallardaki davranışı, bilgisayar destekli yöntemlerle parametrikolarak incelenmiş, reaktör geometrisi ve çalışma şartlarının FT sıcaklığı üzerindeki etkileriaraştırılmıştır. Yüksek sıcaklık (623 K) ve basınçta (20 atm) ilerleyen FTS, yataydizilerden oluşmuş mikrokanal ağı içerisinde soğutucu kanallarla eşleştirilmiştir. İkiboyutlu olarak oluşturulan geometri COMSOL MultiphysicsTM kullanılarak sonlu elemanlaryöntemiyle çözülmüştür. Parametrik analiz, kanalları ayıran duvarın malzemetürü ve kalınlığının, soğutma kanalını çapının, soğutucu türü ve akış hızının, giriştekimolar H2/CO oranının ve kanal duvarı şeklinin FT kanal sıcaklığı üzerindeki etkilerininincelenmesine dayanmaktadır. Sonuçlar, kalın, yüksek iletkenlikli ve reaksiyontarafında mikro-girintili duvar kullanımıyla FT kanalında sabite yakın sıcaklıklar eldeedilebileceğini göstermektedir. Ayrıca, soğutma kanal çapı değişimi sıcaklık üzerindekayda değer bir etki göstermezken, soğutucu çeşidi ve miktarı önemli değişikliklere yolaçtığı görülmektedir. H2/CO oranının arttırılmasıyla FT kanalında düşük sıcaklıklaraulaşılabileceği gözlenmiştir. Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is the catalytic conversion of synthesis gas,which is a mixture of carbon monoxide and hydrogen, to a wide range of syntheticfuels that can replace their petroleum-driven counterparts. FTS requires effective temperaturecontrol since the product distribution strongly depends on temperature. Integrationof FTS with microchannel reactor technology can turn into a promising process,since sub-millimeter dimensions of this technology lead to significant intensification ofthe process that inherently minimizes transport resistances and allows excellent temperaturecontrol and efficient use of the catalyst. The aim of this study is to analyze FTSin catalytic microchannels through a parametric analysis employing computer-basedtechniques and to explore the effects of reactor geometry and operating parameterson FTS temperature. For this purpose, FTS is to run at high temperature (623 K)and pressure (20 atm) over a Fe-Cu-K catalyst in a microchannel network composedof horizontal arrays of reaction and cooling channels. The two dimensional geometryis simulated by COMSOL MultiphysicsTM using finite element method. Analysis isbased on exploring the effects of material type and thickness of the separating wall,side length of the cooling channel, the type and flow rate of cooling fluid, molar H2/COratio in the feed and channel wall texture on the FTS temperature.The results indicatethat, using thicker walls with high thermal conductance properties and micro-baffles onthe catalytic wall can lead to near-isothermal conditions during FT operation. In contrastwith the type and flow rate of the coolant, cooling channel side length is foundto have negligible effect on the reaction temperature. It is observed that increasingH2/CO ratio leads to a decrease in average temperature.
Collections