Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44468
Title: OPTIMIZATION OF HYDROGEN PRODUCTION FROM METHANOL USING A SORPTION-ENHANCED STEAM REFORMING PROCESS
Other Titles: การหาค่าเหมาะที่สุดของการผลิตไฮโดรเจนจากเมทานอลโดยใช้กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับ
Authors: Jantawan Vungvira
Advisors: Amornchai Arpornwichanop
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Advisor's Email: Amornchai.A@chula.ac.th
Subjects: Hydrogen
Methanol
Chemical kinetics
ไฮโดรเจน
เมทานอล
จลนพลศาสตร์เคมี
Issue Date: 2014
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: A sorption-enhanced steam reforming is considered to be a suitable process for hydrogen production. By adding solid calcium oxide (CaO) to the reformer, carbon dioxide (CO2) is removed via the carbonation reaction and the yield of hydrogen is improved. The aim of this study was to find the optimal operating condition of the sorption-enhanced steam reforming process using methanol as a hydrogen source. Modeling of the reforming process was done using flowsheet simulator. Kinetics of methanol reforming, methanol steam reforming, methanol decomposition, water gas shift reaction, and carbonation were employed to explain the sorption-enhanced steam reforming. Sensitivity analyses of key parameters of the sorption-enhanced steam reformer were performed to study the performance of the reformer at different operating conditions. Optimization of the sorption-enhanced steam reformer was performed with the objective to find its optimal operating condition by maximizing hydrogen product with the presence of carbon monoxide (CO) less than 10 ppm. It was found that one mole of methanol gave the maximum hydrogen yield of 3 when the reformer was operated at 350 °C and steam-to-methanol molar feed ratio of 1.70. The heat integration of the reforming process was considered to reduce a hot utility requirement and the results showed that useful heat was recovered by 39.16 percents, resulting in the process thermal efficiency of 75.23 percents. A simplified profit estimation and economic analyses were carried out based on on-site reforming at a refuelling station. The estimation showed profit at 37.13 percents based on competitive selling price of hydrogen, comparing to gasoline selling price.
Other Abstract: การรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับได้ถูกพิจารณาให้เป็นกระบวนการที่เหมาะสำหรับการผลิตไฮโดรเจน การเติมแคลเซียมออกไซด์ในเครื่องปฏิกรณ์รีฟอร์มเมอร์ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกขจัดออกจากกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยปฏิกิริยาคาร์บอเนชั่น เป็นผลทำให้ผลได้ของไฮโดรเจนมีค่าสูงขึ้น จุดประสงค์ของการศึกษานี้ทำเพื่อหาค่าที่เหมาะที่สุดในการผลิตไฮโดรเจนโดยการใช้กระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับ โดยใช้เมทานอลเป็นสารตั้งต้น การจำลองกระบวนการรีฟอร์มมิงทำโดยโปรแกรมจำลองกระบวนการสำเร็จรูป โดยมีจลหพลศาสตร์ทางเคมีของการรีฟอร์มมิงด้วยเมทานอล ซึ่งประกอบด้วยปฏิกิริยาการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำของเมทานอล ปฏิกิริยาการสลายตัวของเมทานอล ปฏิกิริยาวอเตอร์ก๊าซชิฟต์ และปฏิกิริยาคาร์บอเนชั่น ถูกใช้ในการอธิบายความเป็นไปของกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับ การวิเคราะห์ความไวของตัวแปรหลักที่มีผลต่อเครื่องปฏิกรณ์รีฟอร์มเมอร์ด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับได้ถูกศึกษา เพื่อใช้ในการวิเคราะห์และประเมินประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ที่สภาวะการดำเนินการต่างๆ นอกจากนี้ ยังได้มีการหาค่าเหมาะที่สุดสำหรับสภาวะที่ใช้ในการดำเนินกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับ โดยการหาค่าเหมาะที่สุดนี้จะทำเพื่อให้ได้ปริมาณผลิตภัณฑ์ไฮโดรเจนมากที่สุดภายใต้เงื่อนไขของปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ในสายผลิตภัณฑ์ไม่เกิน 10 พีพีเอ็ม ผลจากการศึกษาพบว่า ปริมาณเมทานอล 1 โมล จะทำให้ได้ปริมาณไฮโดรเจนสูงสุด 3 โมล เมื่อเครื่องปฏิกรณ์รีฟอร์มเมอร์ถูกดำเนินการที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส และที่ปริมาณสัดส่วนไอน้ำต่อเมทานอลโดยโมลที่ป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์รีฟอร์มเมอร์ที่ค่า 1.70 การจัดการด้านพลังงานสำหรับกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับได้ถูกพิจารณาเพื่อเป้าหมายในการลดความต้องการในการใช้พลังงานความร้อนจากภายนอก โดยผลจากการศึกษาพบว่าการจัดการด้านพลังงานความร้อนทำให้สามารถนำความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการกลับมาใช้ในกระบวนการได้ 39.16 เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีประสิทธิภาพทางความร้อนของกระบวนการเท่ากับ 75.23 เปอรเซ็นต์ นอกจากนี้ยังมีการคำนวณกำไรจากกระบวนการผลิตอย่างง่ายโดยอ้างอิงข้อมูลจากกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจนที่ดำเนินการอยู่ที่สถานีเติมเชื้อเพลิง โดยผลจากการศึกษาพบว่า การขายไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่มีการดูดซับเพื่อเป็นเชื้อเพลิงให้กับยานพาหนะสามารถทำกำไรได้ 37.13 เปอร์เซ็นต์ โดยราคาขายของไฮโดรเจนที่ใช้ในการคำนวณเมื่อเปรียบเทียบกับราคาขายของก๊าซโซลีนแล้วมีค่าไม่แตกต่างกันมากนัก
Description: Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2014
Degree Name: Master of Engineering
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Chemical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/44468
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2014.53
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2014.53
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5471052021.pdf2.9 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.