شبيه سازي سه بعدي واكنش تغيير آب-گاز در رآكتور غشائي زئوليتي توليد هيدروژن

Three Dimensional Simulation of Water-Gas Shift Reactor in a Zeolite Membrane Reactor for Hydrogen Production

واكنش تغيير آب گاز يك گام مهم براي تبديل سوخت‌هاي فسيلي به گاز هيدروژن براي توليد محصولات شيميايي و توليد توان است. راكتور غشائي كاتاليستي با نفوذ گزينشي گاز هيدروژن مي‌تواند باعث بهبود همزمان ميزان تبديل واكنش و جداسازي گاز هيدروژن از گاز دي اكسيد كربن ‌شود. در اين كار واكنش شيفت آب گاز در يك رآكتور تيوپي غشائي به صورت سه بعدي شبيه سازي شده و نتايج به دست آمده با نتايج تجربي اين راكتور مقايسه شده است. نتايج نشان دادند كه دما، نسبت بخار آب به مونواكسيد كربن و سرعت حجمي فضايي فاكتور هاي كليدي هستند كه عملكرد رآكتور غشائي شيفت آب گاز را مشخص مي-كنند. در دماي 500 درجه سانتي گراد هنگامي كه نسبت بخار آب به مونواكسيد كربن برابر 3 و سرعت فضايي ساعتي گاز، 72000 بر ساعت مي‌باشد درصد تبديل مونواكسيد كربن به 82% و ريكاوري گاز هيدروژن به 13% مي‌رسد. افزايش دما و كاهش سرعت فضايي ساعتي گاز سبب افزايش درصد تبديل مونوكسيدكربن و در نتيجه افزايش نرخ توليد هيدروژن و همچنين افزايش نرخ ريكاوري هيدروژن مي‌گردد. اين در حالي است كه افزايش نسبت بخار آب باعث كاهش نرخ ريكاوري هيدروژن مي‌شود.

Water–gas shift (WGS) reaction is an important stage in transforming fossil fuels to hydrogen for chemical production or power generation. Catalytic membrane reactor with a H2 perm-selective membrane can improve WGS reaction conversion and separate H2 from carbon dioxide (CO2) simultaneously. In this work, WGS reaction in a tubular membrane is simulated using 3d method and the results are compared with experimental ones. The results indicated that temperature, H2O/CO ratio and gas hourly space velocity (GHSV) are key factors that determine the WGS performance in the tubular zeolite membrane reactor. At 500 C with the H2O/CO ratio of 3.0 and GHSV of 72,000 h 1, the CO conversion and H2 recovery reached 82% and 13%, respectively. Increasing the temperature and reduction in hourly space velocity increases CO conversion and therefore H2 production and also increases H2 recovery. On the other hand, increasing the water vapor ratio decreases H2 recovery rate.