COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS STUDY OF HYDROGEN GENERATION BY LOW TEMPERATURE STEAM METHANE REFORMING IN A MEMBRANE REACTOR. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Thesis_201104390.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

يهيمن احتراق المحروقات الأحفوري على قطاع انتاج الطاقة في العالم مما يتسبب في انبعاثات ثاني أوكسيد الكربون والتلوث البيئي. يعتبر الهيدروجين وقود نظيف وذو كفاءة عالية. يتم انتاج الهيدروجين بصورة أساسية من عملية اصلاح الميثان والتي تصنف كعمليه ماصة للحرارة تستهلك حوالي 30% من الوقود المستخدم لتوفير الحرارة للتفاعل. هذه النسبة يمكن توفيرها بواسطة مركزات الطاقة الشمسية. تعتبر تقنية القطع المكافئ الشمسي جاذبه لأنها تقنية ناضجه وغير مكلفة ولكنها محدودة لدرجات الحرارة الأقل من 600 درجة مئوية. بالرغم من أنه عند هذه الدرجة تكون عملية تحويل الميثان منخفضة، فان استخراج الهيدروجين من البخار المتفاعل بواسطة الأغشية يقود الى الاتزان في المواد الناتجة من التفاعل ويمكن من الوصول الى عمليات التحويل عالية. في هذه الدراسة تم تحليل عملية اصلاح الميثان، بدرجة حرارة منخفضه في مفاعل أغشية، عدديا وباستخدام العمليات الحاسوبية لميكانيكا الموائع. تم دراسة أثر درجة الحرارة، نسبة البخار/الكربون والسرعة على عملية التحويل. تم تحديدا الاستقصاء عن درجة استعادة الهيدروجين وانتقائية ثاني أول الكربون. أظهرت النتائج في درجات الحرارة أقل من 500 درجة أن أداء المفاعل يكون محدودا بإصلاح التفاعل، بينما في درجات الحرارة الأعلى يكون فصل الهيدروجين هو العامل المهم. أيضا، يمكن استعادة الهيدروجين حتى في السرعات العالية. الأكثر أهمية، أن فصل الهيدروجين يؤدي الى خفض تركيز أول أكسيد الكربون والذي يعتبر العامل الأساسي في تكوين الفحم عند درجات الحرارة المنخفضة.

English Abstract

The world energy sector is dominated by the combustion of fossil fuels, leading to excessive carbon dioxide emissions and environmental pollution. Hydrogen is a more efficient and cleaner combustion fuel. It is mainly produced via methane reforming – a highly endothermic process that requires combusting ~30% of the fuel input to provide the heat to drive the reaction. This fraction can be saved by the use of concentrated solar energy via solar thermal reforming. An attractive route is the parabolic trough technology, which is mature and inexpensive but restricted to temperatures below 600 C. Although at such temperatures methane conversion is low, removing hydrogen from the reactive stream by a permselective membrane drives the equilibrium towards products and high conversions are accessible. In this study, low temperature methane reforming in a membrane reactor is analyzed numerically by computational fluid dynamics. Effects of temperature, steam-to-carbon ratio and space velocity on conversion, hydrogen recovery and carbon monoxide selectivity are specifically investigated. Our results show that below 500 C the reactor performance is kinetically limited by the reforming reaction, while above this temperature hydrogen separation is a limiting factor. High hydrogen recovery is achievable even at high, industrially relevant space velocities. Importantly, hydrogen separation enhances water gas shift, reducing the concentration of carbon monoxide, the main source of coke formation at low temperatures.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Said, S.A.M.
Committee Co-Advisor:	Shakeel, Ahmed
Committee Members:	Habib, M.A. and Mokheimer, E.M.A. and Habib, A.I.
Depositing User:	WASEEUDDIN MOHAMMED (g201104390)
Date Deposited:	17 Mar 2015 08:16
Last Modified:	01 Nov 2019 15:45
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139498