Technische Universiteit Delft

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