Date of Award

11-2017

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Chemical Engineering (MChE)

Department

Chemical and Petroleum Engineering

First Advisor

Nayef Ghasem

Second Advisor

Dr. Abdulrahman Alraeesi

Third Advisor

Dr. Muhammad Zafar Iqbal

Abstract

A membrane reactor is a promising device to produce pure hydrogen and enrich CO2 from syngas. A simulation study of a double tubular catalytic membrane reactor for the water-gas shift reaction (WGS) under steady-state operation is presented in this work. The membrane consists of a dense Pd layer (selective to H2) deposited on a porous glass cylinder support. The reaction side was filled with a commercial iron-chromium oxide catalyst, designed as Girdler G-3. The mass of the catalyst was 12.1 g and the height of the catalyst bed was 8 cm. The WGS model was carried out with and without the membrane at a temperature of 673 K, pressure of 2 atm, argon flow rate of 400 cm min-1, and steam-to-carbon (S/C) ratio of 1. The membrane reactor could achieve a CO conversion efficiency of up to 93.7 %, whereas a maximum value of only 77.5 % was attained without using a membrane under the same operating conditions. The WGS membrane was tested under different operation conditions. In order to find the optimum operation conditions, the response surface method was used at a temperature of 673 K and sweep gas (argon) flow rate of 3200 cm3/min in the Minitab software package. It was found that a nearly complete CO conversion could be achieved under the following condition: S/C ratio = 4, total retentate pressure = 12 atm, and membrane thickness = 5 μm. Under these conditions, the S/C ratio obtained satisfactory and a nearly complete conversion of CO was achieved. The developed model results were verified with available experimental results in the literature. It was found that the model results are in good agreement with the experimental results.

Comments

المفاعل الغشائي هو جهاز واعد لإنتاج الهيدروجين النقي و ثاني أكسيد الكربون الغني من الغاز الطبيعي .(Syngas) الهدف من هذا العمل هو دراسة المحاكاة (Simulation) لمفاعل غشائي انبوبي مزدوج لتحويل تفاعل الغاز معا الماء (WGS) تحت حاله غير متغيره. (State steady) تمت تعبئة جانب التفاعل بمحفز أكسيد الحديد الكروم التجاري، والذي صمم ك. Girdler G-3) ) وزن الحافز 12.1 غرام وارتفاعه 8 سم. تم تنفيذ النموذج (WGS) مع وبدون الغشاء تحت درجة حرارة 673K ضغط 2atm معدل تدفق الأرجون 400 سم ³ /دقيقة ونسبة البخار إلى الكربون 1=(S/C). كان مفاعل الغشائي قادرا على تحويل93.7% من اول أكسيد الكربون (CO) ، في حين أن أقصى قيمة 77.5% فقط تم تحقيقها دون استخدام الغشاء في ظل ظروف التشغيل نفسها. تم اختبارالمفاعل الغشائيWGS)) تحت ظروف تشغيل مختلفة. من أجل العثور على ظروف التشغيل المثلى، تم استخدام طريقة سطح الاستجابة ٌRSM)) عند درجة حرارة673Kو معدل تدفق 3200 سم³ /دقيقة من غاز الارجون في برنامج Minitab)) . وقد وجد أن تحويل الكامل لاول اكسيد الكربون شبه CO)) يمكن أن يتحقق في ظل الظروف التالية :نسبة البخار إلى الكربون 4=(S/C), مجموع الضغط في جانب التفاعل 12atm=وسمك الغشاء 5µm = وفي ظل هذه الظروف، فإن نسبة البخار إلى الكربون (S/C) التي تم الحصول عليها مرضية وقد تحقق تحويل كامل تقريبا من اول أكسيد الكربون CO)) . تم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من المحاكاة مع النتائج المتاحة من تجارب عملية سابقة .وقد وجد أن النتائج متفقة تماما معا نتائج التجارب العملية السابقه

Download

Share

COinS