پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 430 |
| تعداد مقالات | 5,597 |
| تعداد مشاهده مقاله | 7,095,492 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,042,087 |
بررسی عددی عملکرد فرآیند تولید هیدروژن با بازگردانی محصولات گازی در ورودی راکتور | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 19، دوره 53، شماره 1 (Special Issue)، فروردین 1400، صفحه 623-638 اصل مقاله (1.71 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2019.16319.6328 | ||
| نویسندگان | ||
| علی سعیدی* 1؛ نازیلا الهدادی2 | ||
| 1دانشگاه بیرجند | ||
| 2گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند | ||
| چکیده | ||
| با توجه به مسائل زیست محیطی، سوخت‌های پاک مانند هیدروژن مورد توجه هستند. از بین روش‌های مختلف تولید هیدروژن، برای کاهش امکان رسوب کربن طی فرآیند تولید هیدروژن، انجام فرآیند در محدوده دمای پایین‌تر، تبدیل بالای متان و هم‌چنین از جهت مصرف انرژی، اکسیداسیون جزئی متان اهمیت دارد. در کار حاضر با شبیه‌سازی عددی فرآیند اکسیداسیون جزئی کاتالیستی متان در حضور کاتالیست رودیم/آلومینا در یک راکتور بستر ثابت جریان قالبی، اثرات بازگردانی درصدهای حجمی مختلف محصولات گازی در ورودی راکتور بر میزان تولید هیدروژن، تولید کربن‌مونواکسید و کربن‌دی‌اکسید برای دماهای مختلف (900-500 درجه سلسیوس) و نسبت‌های اکسیژن به متان ورودی برابر 4/0، 5/0، 6/0 و 7/0 بررسی می‌شود، و بر اساس آن دما و نسبت مناسب اکسیژن به متان ورودی طی این فرآیند مشخص می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که در تمام محدوده دمایی با افزایش درصد حجمی بازگردانی محصولات گازی، تولید هیدروژن و کربن‌مونواکسید افزایش و تولید کربن‌دی‌اکسید کاهش می‌یابد. برای بازگردانی محصولات گازی در ورودی راکتور انتخاب دمای 600 درجه سلسیوس، نسبت اکسیژن به متان ورودی برابر 5/0 مناسب است و با بازگردانی 50 درصد حجمی محصولات گازی در این نسبت اکسیژن به متان و دما، تولید هیدروژن و کربن‌دی‌اکسید حدود 30 درصد به ترتیب افزایش و کاهش می‌یابد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تولید هیدروژن؛ اکسیداسیون جزئی؛ بازگردانی محصولات؛ شبیه‌سازی عددی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical Investigation of the Performance of Hydrogen Production Process by Production Gas Recirculation | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ali Saeedi1؛ Nazila Allahdadi2 | ||
| 1University of Birjand | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand | ||
| چکیده [English] | ||
| Clean energy sources such as hydrogen are developing because of environmental issues. Partial oxidation of methane is important among different methods of hydrogen production due to the reduction in carbon deposition, doing the process in a lower temperature range, the high conversion of methane and low energy consumption. In the present work, the numerical simulation of partial oxidation of methane with Rh/Al2O3 catalyst is conducted in a fixed bed flow reactor. The effect of different volumetric percentages of product gas recirculation on the hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide production is calculated for various temperatures (500-900°C) and oxygen to methane ratios equal 0.4, 0.5, 0.6 and 0.7, respectively. According to that, the suitable temperature and oxygen to methane ratio are considered. The results show that in the temperature range, an increase in the product gas recirculation causes an increase in Hydrogen and CO production and a decrease in CO2 production. Moreover, the calculated data shows that the inlet oxygen to methane ratio of 0.5 and reaction temperature of 600°C is suitable to enhance Hydrogen production performance by production gas recirculation. Also, it is demonstrated that 50% volumetric product gas recirculation in that temperature and O2/CH4 ratio, leads to an increase in H2 production and a decrease in CO2 production about 30%. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Hydrogen production, Partial oxidation, Product recirculation, Numerical simulation | ||
| مراجع | ||
|
[1] K. Ghasemzadeh, S.M. Sadati Tilebon, A. Basile, Chapter 9 - Reforming and Partial Oxidation Reactions of Methanol for Hydrogen Production, in: Methanol, Elsevier, 2018, pp. 239-278. [2] S. Ayabe, Omoto, H., Utaka, T., Kikuchi, R., Sasaki, K., Teraoka, Y., & Eguchi, K, Catalytic autothermal reforming of methane and propane over supported metal catalysts, (2003). [3] S.E. Hosseini, M.A. Wahid, Hydrogen production from renewable and sustainable energy resources: Promising green energy carrier for clean development, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57 (2016) 850-866. [4] I.K. Kapdan, F. Kargi, Bio-hydrogen production from waste materials, Enzyme and Microbial Technology, 38(5) (2006) 569-582. [5] R. Gupta, Hydrogen Fuel. Boca Raton: CRC Press., (2008). [6] M.K. Nikoo, Saeidi, S. & Lohi, A., Clean Techn Environ Policy, (2015) 17: 2267. [7] J.R. Rostrup-Nielsen, Syngas in perspective, Catalysis Today, 71(3) (2002) 243-247. [8] C. Avila-Neto, S. Dantas, F. Silva, T. Franco, L. Romanielo, C. Hori, A. Assis, Hydrogen production from methane reforming: thermodynamic assessment and autothermal reactor design, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 1(6) (2009) 205-215. [9] K. Urasaki, S. Kado, A. Kiryu, K.-i. Imagawa, K. Tomishige, R. Horn, O. Korup, Y. Suehiro, Synthesis gas production by catalytic partial oxidation of natural gas using ceramic foam catalyst, Catalysis Today, 299 (2018) 219-228. [10] S. Pruksawan, B. Kitiyanan, R.M. Ziff, Partial oxidation of methane on a nickel catalyst: Kinetic Monte-Carlo simulation study, Chemical Engineering Science, 147 (2016) 128-136. [11] S. Sengodan, R. Lan, J. Humphreys, D. Du, W. Xu, H. Wang, S. Tao, Advances in reforming and partial oxidation of hydrocarbons for hydrogen production and fuel cell applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82 (2018) 761-780. [12] Y. Jeon, D.-H. Park, J.-I. Park, S.-H. Yoon, I. Mochida, J.-H. Choy, Y.-G. Shul, Hollow Fibers Networked with Perovskite Nanoparticles for H(2) Production from Heavy Oil, Scientific Reports, 3 (2013) 2902. [13] M.d.S. Santos, R.C.R. Neto, F.B. Noronha, P. Bargiela, M.d.G.C.d. Rocha, C. Resini, E. Carbó-Argibay, R. Fréty, S.T. Brandão, Perovskite as catalyst precursors in the partial oxidation of methane: The effect of cobalt, nickel and pretreatment, Catalysis Today, 299 (2018) 229-241. [14] J.R.H.R. Ross, J.R.H.; van Keulen, A.N.J.; van Keulen, A.N.J.; Hegarty, M.E.S.; Seshan, Kulathuiyer, The catalytic conversion of natural gas to useful products, Catalysis Today, 30 (1996) 193-199. [15] A. Moral, I. Reyero, J. Llorca, F. Bimbela, L.M. Gandía, Partial oxidation of methane to syngas using Co/Mg and Co/Mg-Al oxide supported catalysts, Catalysis Today, (2018). [16] H. Huang, X. Zhou, H. Liu, A CFD model for partial oxidation of methane over self-sustained electrochemical promotion catalyst, International Journal of Hydrogen Energy, 41(1) (2016) 208-218. [17] H.E. Figen, S.Z. Baykara, Hydrogen production by partial oxidation of methane over Co based, Ni and Ru monolithic catalysts, International Journal of Hydrogen Energy, 40(24) (2015) 7439-7451. [18] F. Basile, G. Fornasari, F. Trifirò, A. Vaccari, Partial oxidation of methane: Effect of reaction parameters and catalyst composition on the thermal profile and heat distribution, Catalysis Today, 64(1) (2001) 21-30. [19] C. Cheephat, P. Daorattanachai, S. Devahastin, N. Laosiripojana, Partial oxidation of methane over monometallic and bimetallic Ni-, Rh-, Re-based catalysts: Effects of Re addition, co-fed reactants and catalyst support, Applied Catalysis A: General, 563 (2018) 1-8. [20] Y. Zhu, R. Barat, Partial oxidation of methane over a ruthenium phthalocyanine catalyst, Chemical Engineering Science, 116 (2014) 71-76. [21] S. Eriksson, M. Nilsson, M. Boutonnet, S. Järås, Partial oxidation of methane over rhodium catalysts for power generation applications, Catalysis Today, 100(3) (2005) 447-451. [22] M.M. Souza, M. Schmal, Methane conversion to synthesis gas by partial oxidation and CO2 reforming over supported platinum catalysts, Catalysis letters, 91(1) (2003) 11-17. [23] R. Lanza, S.G. Järås, P. Canu, Partial oxidation of methane over supported ruthenium catalysts, Applied Catalysis A: General, 325(1) (2007) 57-67. [24] R. Lanza, P. Canu, S.G. Järås, Methane partial oxidation over Pt–Ru catalyst: An investigation on the mechanism, Applied Catalysis A: General, 375(1) (2010) 92-100. [25] R. Abbasi, G. Huang, G.M. Istratescu, L. Wu, R.E. Hayes, Methane oxidation over Pt, Pt:Pd, and Pd based catalysts: Effects of pre‐treatment, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 93(8) (2015) 1474-1482. [26] A. Bitsch-Larsen, R. Horn, L.D. Schmidt, Catalytic partial oxidation of methane on rhodium and platinum: Spatial profiles at elevated pressure, Applied Catalysis A: General, 348(2) (2008) 165-172. [27] J. Tong, Y. Matsumura, Effect of catalytic activity on methane steam reforming in hydrogen-permeable membrane reactor, Applied Catalysis A: General, 286(2) (2005) 226-231. [28] H. Stotz, L. Maier, O. Deutschmann, Methane Oxidation over Palladium: On the Mechanism in Fuel-Rich Mixtures at High Temperatures, (2016). [29] O. Deutschmann, Correa, C., Tischer, S., Chatterjee, D., Kleditzsch, S. & Warnatz, J., DETCHEM Version 1.4.2. http://rea2ow.iwr.uni-heidelberg.de/∼dmann/DETCHEM.html., (2001). [30] R. Schwiedernoch, S. Tischer, C. Correa, O. Deutschmann, Experimental and numerical study on the transient behavior of partial oxidation of methane in a catalytic monolith, Chemical Engineering Science, 58(3) (2003) 633-642. [31] H.K.M. David G. Goodwin, and Raymond L. Speth., Cantera: An object- oriented software toolkit for chemical kinetics, thermodynamics, and transport processes. http://www.cantera.org, (2017). [32] O. Deutschmann, R. Schwiedemoch, L.I. Maier, D. Chatterjee, Natural Gas Conversion in Monolithic Catalysts: Interaction of Chemical Reactions and Transport Phenomena, in: E. Iglesia, J.J. Spivey, T.H. Fleisch (Eds.) Studies in Surface Science and Catalysis, Elsevier, (2001) 251-258. [33] S.S. Bharadwaj, L.D. Schmidt, Synthesis gas formation by catalytic oxidation of methane in fluidized bed reactors, Journal of Catalysis, 146(1) (1994) 11-21.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 717 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,095 |
||