Computational fluid dynamic study of sorption enhanced steam reforming of methane/ethanol in circulating fluidized bed system

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.

การจำลองซีเอฟดีของรีฟอร์มมิงมีเทนด้วยไอน้ำที่เพิ่มการดูดซับในเครื่องปฏิกรณ์ฟลูอิไดซ์เบดแบบติดตั้งแผ่นปะทะ

“…วิ ธี ด าเนิ นงานวิ จั ย 3.1 แบบจ าลองการไหลเชิ งค านวณ แบบจ าลองพลศาสตร์ ของไหลเชิ งค านวณ ของกระบวนการรี ฟอร์ มมิ งมี เทนด้ วยไอน ้ าที ่ เพิ ่ มด้ วยการดู ดซั บในเครื ่ องปฏิ กรณ์ ฟลู อิ ไดซ์ เบดได้ ถู กพั ฒนาในงานวิ จั ยนี ้ โดยน าต้ นแบบตั วแปร ต่ างๆและขนาดของเครื ่ องปฏิ กรณ์ มาจาก [2], [3] เพื ่ อศึ กษาผลตั วแปรด าเนิ นการต่ างๆ และ ศึ กษาการจ าลองเครื ่ องปฏิ กรณ์ ฟลู อิ ไดซ์ เบดแบบติ ดตั ้ งแผ่ นปะทะ เปรี ยบเที ยบกั บเครื ่ องปฏิ กรณ์ ของกระบวนการ SE-SMR แบบปกติ โดยท าการเปรี ยบเที ยบการเพิ ่ มจ านวนของแผ่ นปะทะตั ้ งแต่ 1 ถึ ง 4 แผ่ น พิ จารณาที ่ สั ดส่ วนโดยโมลของไฮโดรเจน ซึ ่ งแผ่ นปะทะที ่ น ามาท าการทดลองเป็ น ลั กษณะตามที ่ มี การใช้ งานในโรงงานอุ ตสาหกรรมและสามารถหาใช้ งานได้ ง่ ายทั ่ วไป ในงานวิ จั ยนี ้ ใช้ โปรแกรม GAMBIT ในการวาดรู ปเครื ่ องปฏิ กรณ์ และออกแบบแผ่ นปะทะส าหรั บเครื ่ องปฏิ กรณ์ ฟลู อิ ไดซ์ เบด และใช้ โปรแกรม ANSYS FLUENT ในการจ าลองพลศาสตร์ ของไหลเชิ งค านวณของ กระบวนการรี ฟอร์ มมิ งมี เทนด้ วยไอน ้ าที ่ เพิ ่ มด้ วยการดู ดซั บในเครื ่ องปฏิ กรณ์ แบบฟลู อิ ไดซ์ เบด โดย ขั ้ นตอนของการทดลองแบบจ าลองซี เอฟดี ลั กษณะการทดลองเป็ นไปตามรู ปที ่ 3.1 รู ปที ่ 3. 1 ล าดั บขั ้นตอนของการทดลองการจ าลองซี เอฟดี ด้ วยโปรแกรม ANSYS FLUENT[18] …”