Reaktör Türlerinin ve Parametrelerinin Steam Reforming Prosesiyle Etanolden Hidrojen Üretimine Etkisinin Aspen Plus ile İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada etanolden hidrojen üretim prosesi Aspen Plus yardımıyla geliştirilmiştir. Geliştirilen simülasyon kullanılarak öncelikle üç farklı reaktör türünün etanol dönüşüm oranlarına etkisi incelenmiş olup RGibss reaktörünün REquilibrium ve RPlug reaktörlerien oranla en iyi dönüşüm oranına sahip olduğu belirlenmiştir. İki farklı aktivite katsayısı modeli olan UNIFAC ve UNIQUAC modelleri test edilmiş olup en iyi dönüşüm oranının UNIQUAC modelinde olduğu tespit edilmiştir. En iyi reaktör ve aktivite katsayısı modeli belirlendikten sonra, sıcaklık, basınç ve karışım oranı gibi reaktör çalışma parametrelerinin etanol dönüşüm oranına olan etkileri sırasıyla çalışılmıştır. Yapılan çalışma neticesinde sıcaklık, basınç ve karışım oranı sırasıyla 500 °C, 1 atm ve 1/4 olarak belirlenmiştir. Son olarak üretilen hidrojen gazının saflaştırılıp kullanabilir hale gelmesi için bir ayrıştırıcı kullanılmış olup %99,9 saflıkta saf H2 elde edilmiştir. Elde edilen veriler Aspen Plus simülatörünün başarılı bir şekilde gerçekleştirildiğini göstermekte olup bu tür başarılı simülasyonların deneysel maliyetleri ve zaman kaybını minimize edebileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Aspen plus,Etanol,Hidrojen enerjisi,Steam reforming,Reactör şartları

Effect of Reactor Types and Operating Parameters for the Hydrogen Production through Steam Reforming Process of Ethanol

Öz

In the present study, hydrogen production process from ethanol was developed with the aid of Aspen Plus. Firstly, the effect of reactor types on ethanol conversion rates was investigated by simulating three different reactors in Aspen Plus and it was determined that the RGibss reactor provided the best conversion rate compare to REquilibrium and RPlug. Two different activity coefficient models, UNIFAC and UNIQUAC, have been tested and the best conversion rate has attained with the use UNIQUAC model. Once the optimal best reactor type and activity coefficient model were decided, the effects of reactor operating parameters such as temperature, pressure and mixing ratio on ethanol conversion rate were studied respectively. Temperature, pressure and mixing ratio for the optimal conversion rate of ethanol were determined as 500 °C, 1 atm and 1/4 respectively. Finally, a separator was used to purify the hydrogen gas and pure H2 with a purity of 99.9% was subsequently produced. The obtained data indicate that Aspen Plus simulator has been performed successfully and shows that such successful simulations can minimize experimental costs and time loss.

Anahtar Kelimeler

• Aspen plus,Ethanol,Hydrogen energy,Steam reforming,Reactor conditions

Kaynakça

1. 1. Kaya, M., Bekiroğullari, M., Saka, C., 2019. Highly Efficient CoB Catalyst Using a Support Material Based on Spirulina Microalgal Strain Treated with ZnCl2 for Hydrogen Generation Via Sodium Borohydride Methanolysis. International Journal of Energy Research.
2. 2. Navarro, R.M., Pena, M.A. and Fierro, J.L.G., 2007. Hydrogen Production Reactions from Carbon Feedstocks: Fossil Fuels and Biomass. Chemical Reviews, 107, 3952-3991.
3. 3. Wu, Y.J., Santos, J.C., Li, P., Yu, J.G., Cunha, A.F., Rodrigues, A.E., 2014. Simplified Kinetic Model for Steam Reforming of Ethanol on a Ni/Al2O3 Catalyst. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 92, 116-130.
4. 4. Hosseini, S.E., Wahid, M.A., 2016. Hydrogen Production from Renewable and Sustainable Energy Resources: Promising Green Energy Carrier for Clean Development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 57, 850-866.
5. 5. Dincer, I., Acar, C., 2015. Review and Evaluation of Hydrogen Production Methods for Better Sustainability. International Journal of Hydrogen Energy. 40, 11094-11111.
6. 6. Soyal-Baltacıoğlu, F., Aksoylu, A.E., Önsan, Z.I., 2008. Steam Reforming of Ethanol Over Pt–Ni Catalysts. Catalysis Today, 138,183-186.
7. 7. Özkan, G., Özkan, G., Şahbudak, B., 2016. The Effect of Water/ethanol Mol Ratio to H2 Yield and Selectivity for Hydrogen Production from Reforming of Ethanol with the Pd-NiO, Ni-Cu-Pd/activated Carbon Catalysts, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31s.
8. 8. Özkan, G., Şahbudak, B., Özkan, G., 2019. Effect of Molar Ratio of Water/Ethanol on Hydrogen Selectivity in Catalytic Production of Hydrogen Using Steam Reforming of Ethanol, International Journal of Hydrogen Energy, 44, 9823-9829.

9. 9. Murmura, M.A., Patrascu, M., Annesini, M.C., Palma, V., Ruocco, C., Sheintuch, M., 2015. Directing Selectivity of Ethanol Steam Reforming in Membrane Reactors. International Journal of Hydrogen Energy, 40, 5837-5848.
10. 10. Ciambelli, P., Palma, V., Ruggiero, A., 2010. Low Temperature Catalytic Steam Reforming of Ethanol. 2. Preliminary Kinetic Investigation of Pt/CeO2 Catalysts. Applied Catalysis B: Environmental, 96, 190-197.