Dynamic simulation of an indirect partial oxidation reactor for methane conversion to hydrogen

Abstract

ÖZETMETAN GAZININ DOLAYLI KISM OKS DASYON REAKTÖRÜNDEH DROJENE DÖNÜ ÜMÜNÜND NAM K BENZET MMetan gazının katalitik dolaylı kısmi oksidasyon (toplam oksidasyon + buharreformlama) reaktöründe hidrojene dönü ümü bilgisayar destekli modelleme/benzetimyöntemleriyle kararlı durumda ve dinamik olarak incelenmi tir. Metanın harmanlanmı Pt/ -Al2O3 ve Ni/MgO-Al2O3 katalizörlerinin üzerinde ototermal dönü ümü bir boyutlu türdereaktör modeliyle gösterilmi tir. Deneysel bir reaktörün farklı giri artlarında kararlı durumve dinamik benzetimleri yapılmı tır. Ototermal reformlama sürecinin ba lamasından kararlıduruma varıncaya kadarki geçi li durumu incelenmi ve sıcaklık ve ürün debisi gibide i kenlerin kararlı hali kararlı durum benzetimlerinden elde edilen sonuçlarlakar ıla tırılmı tır. Ayrıca kararlı duruma ula mı reaktörün giri artlarında ortaya çıkan anibir de i ime zaman içinde verdi i tepki de incelenmi tir. Buna göre, giri te, metan debisisabit kalmak kaydıyla, oksijenin debisinin artması sıcaklı ın, dolayısıyla ürün eldesininartmasına yol açmı tır. Buhar debisinin artması durumunda ise, sıcaklık ve ürün eldede erlerinin bir müddet sonra en küçük de erlerine geriledi i, bu durumdan itibaren dea amalı olarak artarak sonraki kararlı duruma geldikleri görülmü tür. Son olarak, 1,5kilowattlık PEM tipi yakıt piline yetecek miktarda hidrojen eldesi için gerekli dolaylı kısmioksidasyon reaktörünün ebat hesabı farklı giri artlarında kararlı durum benzetimleri vedeneme yanılma yöntemiyle yapılmı tır.

ABSTRACTDYNAMIC SIMULATION OF AN INDIRECT PARTIAL OXIDATIONREACTOR FOR METHANE CONVERSION TO HYDROGENThe steady and dynamic behavior of a catalytic indirect partial oxidation (combined totaloxidation/steam reforming) reactor for the conversion of methane to hydrogen is investigatedusing computer-based modeling/simulation techniques. A one-dimensional pseudohomogeneousreactor model is employed for the description of autothermal conversion of methane over aphysical mixture of Pt/ -Al2O3 and Ni/MgO-Al2O3 catalysts. Steady-state and dynamicsimulation of the bench-scale reactor is carried out for a set of different feed conditions.Transients during the start-up of the autothermal reforming process are analyzed, and the steadyvalues of the system variables such as temperature and product flow rates are compared withthose obtained from the steady-state simulations. The dynamic response of the reactor which isinitially at steady state to a disturbance in the feed is also analyzed. The response to a step changethat involves an increase in the inlet oxygen flow rate is the elevation of temperature, which inturn leads to higher product yields. If the disturbance involves an increase in the steam flow rate,the temperature and product yields decrease in time to a local minimum, and from that momentonwards, they gradually increase to the subsequent steady state. The size of an indirect partialoxidation reactor for producing 1.5 kW-fuel-cell-grade hydrogen is determined by steady-statesimulations and trial-and-error for different feed conditions.