De opening van het collegejaar en alle intreeredes en promoties worden
gehouden in de Aula van de TU Delft, Mekelweg 5, Delft
Waterstof
27 september 2004 | 10.30 uur
mw. P. Ji | MSc. Chemical Engineering, Beijing U., China
promotor | Prof.dr.ir. J. de Swaan Arons (em. hgl (2002) fac TNW)
Novel H2 manufacturing routes. Simulation and thermodynamic analysis of
membrane based processes
Tegenwoordig krijgt waterstof meer en meer aandacht hoofdzakelijk omdat het
in het algemeen als belangrijke toekomstige brandstof wordt beschouwd. Heeft
het gebruik van aardgas in de nabije toekomst de voorkeur als de
belangrijkste grondstof voor de vervaardiging van H2. Katalytische partiële
oxidatie (CPO) wordt gezien als de belangrijkste technologie voor de
omzetting van methaan in waterstof.
H2, geproduceerd via het conventionele CPO proces, is gemengd met andere
gassen. Voor dit brandstofmengsel, rijk aan H2, is de omzetting van H2 in de
brandstofcel ten hoogste 85%. Membraanreactoren kunnen worden gebruikt om
zuivere H2 te produceren terwijl meer van de geproduceerde waterstof kan
worden benut en het proces kan worden vereenvoudigd. Drie rond deze
membraanreactoren geïntegreerde processen worden voorgesteld en vergeleken
met het conventionele CPO proces op basis van de resultaten van een
thermodynamische analyse.
Voor het uitvoeren van een thermodynamische analyse zijn veel gegevens
vereist. Om in de behoefte aan gegevens te voorzien moeten deze gesimuleerd
worden, vooral voor de CPO en WGS reactoren met of zonder membranen. Het
simulatiewerk is gebaseerd op de kinetiek van de reacties en op de
permeatiemechanismen van de membranen en het reactor model. De geldigheid
van het simulatiewerk is bewezen door vergelijking van de
simulatieresultaten met de experimentele gegevens.
Omdat de CPO reactoren het hart van de diverse processen zijn werden eerst
de productiesnelheden van de diverse waardevolle producten van de
verschillende CPO reactoren gesimuleerd en vergeleken. Het effect van elke
regelbare inlaatconditie op de output van de CPO reactoren is aangetoond en
besproken.
Op basis van het simulatiewerk en de kennis van de ' karakteristieken ' van
de conventionele CPO reactor en de membraan CPO reactoren, is de
thermodynamische analyse van de geïntegreerde conventionele en membraan CPO
processen voor de omzetting van methaan uitgevoerd. De resultaten zijn
gebruikt om de hele processen te ontwerpen en te optimaliseren rond elke CPO
reactor. Het meest efficiënte proces is geïdentificeerd.
Op basis van het simulatiewerk is ook de thermodynamische analyse van een
geïntegreerd H2 productieproces met een H2-membraan reactor met een
vastgelegde geometrie beschreven. Het effect van verschillende
inlaatcondities op de exergie efficiëntie van het hele proces is bepaald en
besproken. De simulatie en de thermodynamische analyse waren een
kwantitatief hulpmiddel om inzicht te krijgen in verschillende waterstof
productieprocessen en om deze te begrijpen.
Voor verder lezen:
* Membrane technology and applications by Richard W. Baker, 2004
* Ion-exchange membrane separation processes by Heiner Strathmann,
2004
* Tomorrow's energy hydrogen fuel cells, and the prospects for a
cleaner planet by Peter Hoffmann, 2002
* Catalytic membranes and membrane reactors by José G. Sanchez Marcano
and Theodore T. Tsotsis, 2002
Technische Universiteit Delft