Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/59493
Title: Computational fluid dynamic study of sorption enhanced steam reforming of methane/ethanol in circulating fluidized bed system
Other Titles: การศึกษาพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณของกระบวนการรีฟอร์มมิงของมีเทน/เอทานอลด้วยไอน้ำที่เสริมด้วยการดูดซับ ในระบบฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียน
Authors: Kiattikhoon Phuakpunk
Advisors: Suttichai Assabumrungrat
Benjapon Chalermsinsuwan
Sompong Putivisutisak
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Advisor's Email: Suttichai.A@Chula.ac.th,Suttichai.A@chula.ac.th
Benjapon.C@Chula.ac.th
Sompong.Pu@Chula.ac.th
Subjects: Fluidization
Ethanol
ฟลูอิไดเซชัน
เอทานอล
Issue Date: 2017
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Two-dimensional fluid dynamic models were used to optimize and design a proper pilot-scale system for sorption enhanced steam methane reforming (SESMR) and sorption enhanced steam reforming of ethanol (SESRE) in a circulating fluidized bed reactor (CFBR) using Ni-based catalyst and dolomite as sorbent. The CFBR system was separately designed as 3 parts: including a SESMR riser, a SESRE and a regenerator. The SESMR riser could get H2 purity reached equilibrium of 98.58% in dry basis with the highest H2 flux of 0.301 kg/m2s when operating with steam to carbon ratio of 4 mol/mol, gas velocity of 6 m/s, inlet temperature of 581°C. While the SESRE riser could get maximum H2 purity only 91.30% in dry basis with the highest H2 flux of 0.147 kg/m2s when operating with steam to ethanol ratio of 6 mol/mol, gas velocity of 3 m/s, inlet temperature of 600°C. Both the risers for SESMR and SESRE had the best design with diameter of 0.2 m, height of 7 m operating with solid flux of 200 kg/m2s and catalyst to sorbent ratio of 2.54 kg/kg. Lastly, in regenerator part, double-stage bubbling bed regenerators with 1.2 m width and 0.8 m height of bed could perfectly regenerate the sorbent when operating with gas velocity of 0.2 m/s and preheating the solids at 950°C. Overall, SESMR and SESRE had feasibility to continuously produce high purity with high production rate of H2 by this preferred design and conditions of CFBR system.
Other Abstract: แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณในสองมิติถูกนำมาใช้ออกแบบระบบต้นแบบของกระบวนการรีฟอร์มมิงด้วยไอน้ำที่เสริมด้วยการดูดซับของมีเทน (Sorption enhanced steam methane reforming, SESMR) และของเอทานอล (Sorption enhanced steam reforming of ethanol, SESRE) ในระบบฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนที่ของแข็งในระบบประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดผสมนิกเกิล และ โดโลไมต์ที่เป็นตัวดูดซับ โดยแบ่งระบบออกมาศึกษาเป็นสามส่วน ได้แก่ ท่อตั้ง (Riser) ที่เกิดปฏิกิริยา SESMR ท่อตั้งที่เกิดปฏิกิริยา SESRE และถังฟื้นฟูตัวดูดซับ (Regenerator) ในส่วนของท่อตั้งที่เกิดปฏิกิริยา SESMR พบว่าสามารถผลิตไฮโดรเจนได้บริสุทธิ์สูงสอดคล้องกับค่าสูงสุดตามทฤษฎี ถึง 98.58% ของแก๊สแห้ง และได้ฟลักซ์การไหลออกของไฮโดรเจนสูงสุดถึง 0.301 กิโลกรัมต่อตารางเมตรวินาที เมื่อดำเนินกระบวนการด้วยอัตราส่วนไอน้ำต่อมีเทนที่ 4 โมลต่อโมล ความเร็วการไหลเข้าของแก๊สที่ 6 เมตรต่อวินาที อุณหภูมิขาเข้าของสารเท่ากับ 581 องศาเซลเซียส ในขณะที่ส่วนของท่อตั้งที่เกิดปฏิกิริยา SESRE พบว่าสามารถผลิตไฮโดรเจนได้บริสุทธิ์สูงสุดเพียง 91.30% ของแก๊สแห้ง และได้ฟลักซ์การไหลออกของไฮโดรเจนสูงสุด 0.147 กิโลกรัมต่อตารางเมตรวินาที เมื่อดำเนินกระบวนการด้วยอัตราส่วนไอน้ำต่อเอทานอลที่ 6 โมลต่อโมล ความเร็วการไหลเข้าของแก๊สที่ 3 เมตรต่อวินาที อุณหภูมิขาเข้าของสารเท่ากับ 600 องศาเซลเซียส โดยท่อตั้งของทั้งสองปฏิกิริยามีแบบที่ดีที่สุดเหมือนกัน คือ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.2 เมตร และสูง 7 เมตร ใช้ฟลักซ์การไหลเข้าของของแข็งเท่ากับ 200 กิโลกรัมต่อตารางเมตรวินาที ที่อัตราส่วนของตัวเร่งปฏิกิริยาต่อตัวดูดซับเท่ากับ 2.54 กิโลกรัมต่อกิโลกรัม ส่วนสุดท้ายที่ศึกษาคือส่วนของถังฟื้นฟูตัวดูดซับ พบว่า ระบบถังฟื้นฟูเป็นแบบ 2 ขั้นที่แต่ละขั้นมีถังขนาดหน้าตัดกว้าง 1.2 เมตร และความสูงของเบดเท่ากับ 0.8 เมตร สามารถฟื้นฟูตัวดูดซับได้อย่างสมบูรณ์เมื่อดำเนินกระบวนการด้วยความเร็วการไหลเข้าของแก๊สที่ 0.2 เมตรต่อวินาที และของแข็งไหลเข้าด้วยอุณหภูมิ 950 องศาเซลเซียส ดังนั้น กระบวนการ SESMR และกระบวนการ SESRE มีความเป็นไปได้ที่จะผลิตไฮโดรเจนความบริสุทธิ์สูงและมีกำลังการผลิตสูงแบบต่อเนื่องได้ด้วยระบบฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนที่ออกแบบและดำเนินการดังในงานวิจัยนี้
Description: Thesis (D.Eng.)--Chulalongkorn University, 2017
Degree Name: Doctor of Engineering
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Chemical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/59493
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5771404621.pdf5.83 MBAdobe PDFView/Open


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