Efficient reactor concepts for coupling of endothermic and exothermic reactions

Kolios, Grigorios; Frauhammer, J.; Eigenberger, Gerhart

doi:10.1016/s0009-2509(02)00022-2

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“…We have carried that idea further in our Chemical Reaction Engineering Laboratory by coupling an exothermic reaction (like methane combustion) with an endothermic one (like methane reforming) in periodic operation with feed switching from end to end. Modeling shows that there is a region of operability where complete conversion for both reactions and high thermal efficiency can be achieved Dudukovic, 1996a,b, 1997) This concept was carried further by Hans Kuipers's group at Twente University (Annaland et al, 2001(Annaland et al, , 2002a and Gerhard Eigenberger's group at Stuttgart University (Kolios et al, 2000(Kolios et al, , 2002Eigenberger et al, 2003) as well as by R. C. Ramaswamy in our laboratory (Ramaswamy, 2006;Ramaswamy et al, 2006).…”

Section: P Dudukovicmentioning

confidence: 99%

Challenges and Innovations in Reaction Engineering

Duduković

2008

Chemical Engineering Communications

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The importance of reaction engineering in generating a myriad of products on which developed societies depend is outlined. The challenges of a political, economic, and technical nature that need to be addressed in rendering conversion of raw materials into desired products that are more environmentally friendly and sustainable are briefly discussed. It is shown that multiphase reactors are prevalent in all applications, and improvements in the reactor material and energy efficiencies lead to more environmentally benign processes. This requires, in addition to the selection of green process chemistry, systematic implementation of the multi-scale reaction engineering methodology to accomplish proper reactor type selection and scaleup for commercial applications. It is also illustrated that recent innovations in multiphase reaction engineering basically utilize two key concepts: process intensification (e.g., enhancement in mass and heat transfer rates) and simultaneous reaction and separation. Examples of these are discussed, such as micro-reactors, reactive distillation, etc. It is also shown that commercialization of bench-scale discoveries requires either scaleup in parallel or vertical scaleup. New tools for visualization of opaque multiphase flows and development of appropriate rational phenomenological multiphase reactor models for scaleup and design are also briefly discussed.

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Section: P Dudukovicmentioning

confidence: 99%

Challenges and Innovations in Reaction Engineering

Duduković

2008

Chemical Engineering Communications

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“…Dentre os acoplamentos recuperativos sem membrana estudados e com aplicação industrial mais importante, pode-se citar a associação da combustão de metano com a desidrogenação de propano a propileno (Annaland et al, 2002) e o acoplamento da combustão do metano com a reação de reforma do metano com vapor de água (Kolios et al, 2002).…”

Section: Introductionunclassified

Acoplamento Das Reações De Desidratação De Etanol E De Combustão Catalítica De Metano Em Reator Multifuncional

Novazzi¹,

Formon²

2015

Anais Do XX Congresso Brasileiro De Engenharia Química

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RESUMO -Reatores multifuncionais são aqueles nos quais há acoplamento de reações exotérmicas com reações endotérmicas, de modo que as primeiras forneçam calor para essas últimas. Isso é bastante interessante, pois num único equipamento são combinadas mais de duas operações unitárias. Nesse projeto estudou-se, através de simulação, a reação de desidratação catalítica do etanol, de caráter endotérmico e na qual se produz etileno, combinada com a combustão de metano, num reator multifuncional. Foi feita a modelagem matemática do reator, escrevendo-se as equações de balanço molar para cada um dos componentes do sistema reacional, juntamente com as equações de conservação de energia para as reações exotérmicas e para as endotérmicas. As cinéticas dessas reações foram levantadas em literatura. A modelagem foi feita em regime permanente, por meio de equações diferenciais ordinárias, que foram resolvidas em Matlab. Foram estudadas configurações de escoamento em paralelo e em contracorrente no reator e os resultados obtidos mostraram comportamento semelhante para conversão e rendimento das reações. Nas melhores condições, a conversão da reação de desidratação do etanol ficou na faixa de 85% a 90%, com rendimento em etileno entre 90% e 95%. INTRODUÇÃONas indústrias químicas e petroquímicas é fabricada uma grande gama de produtos essenciais para a sociedade moderna, tais como plásticos, fertilizantes e defensivos agrícolas, tintas e vernizes, sabões e detergentes, fármacos, produtos de higiene, cosméticos, etc. Existe considerável pressão sobre essas indústrias em relação à sua sustentabilidade e, nesse aspecto, uma das tendências que têm surgido nos últimos anos na área de Engenharia Química é a chamada Intensificação de Processos ou PI (Lutze et al., 2010). Uma das formas de se fazer a PI é através da integração de duas ou mais operações unitárias, possibilitando que a planta opere com equipamentos de tamanho reduzido. A integração ou acoplamento de reações exotérmicas com reações endotérmicas em reatores multifuncionais é uma maneira interessante de se promover a PI, desde que a temperatura das reações exotérmicas seja maior do que aquela das reações endotérmicas (Rahimpour et al., 2012).O acoplamento de reações exotérmicas e endotérmicas pode ser realizado de três diferentes Área temática: Engenharia de Reações Químicas e Catálise 1

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“…The model was isothermal, unlikely for a countercurrent configuration, and they operated at 1160 K, well beyond the usual safe operating temperature range of 773-923 K for Pd-based membranes. While modeling of MCMRs for H 2 production via SMR is limited, there have been several attempts to model the MCR [15][16][17][18][19][20][21]. Plate heat exchangers often operate in a countercurrent mode for optimal heat transfer [15].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…While modeling of MCMRs for H 2 production via SMR is limited, there have been several attempts to model the MCR [15][16][17][18][19][20][21]. Plate heat exchangers often operate in a countercurrent mode for optimal heat transfer [15]. However, countercurrent configurations often lead to larger variations of temperatures in both transverse and axial directions than cocurrent flow (> 300 K in each case) [17].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Simulation of a Compact Multichannel Membrane Reactor for the Production of Pure Hydrogen via Steam Methane Reforming

2012

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A steady-state 2D model is developed for a multichannel membrane reactor (MCMR) to produce pure hydrogen. The model includes one reforming channel coupled with a PdAg membrane to produce H 2 and one combustion channel to generate the heat needed for the reforming. Both isothermal and non-isothermal simulations are applied in designing a laboratory-scale proof-of-concept reactor. Isothermal sensitivity analysis indicates parameter adjustments practically available to improve reactor performance. In non-isothermal simulations, catalyst layer thickness and kinetic pre-exponential factor are varied along the reactor length. Predictions indicate that the reforming methane conversion increased from 74 % to 91 %, while avoiding hot spots. Compared with other membrane reactors, the MCMR has the potential for one to two orders of magnitude higher H 2 production per reactor volume and per mass of catalyst.

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Efficient reactor concepts for coupling of endothermic and exothermic reactions

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Challenges and Innovations in Reaction Engineering

Challenges and Innovations in Reaction Engineering

Acoplamento Das Reações De Desidratação De Etanol E De Combustão Catalítica De Metano Em Reator Multifuncional

Simulation of a Compact Multichannel Membrane Reactor for the Production of Pure Hydrogen via Steam Methane Reforming

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