Tối ưu hóa quá trình reforming etanol sử dụng xúc tác NiAl2O3 trên phần mềm HYSYS

Như chúng ta đã biết, nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trò hết sứcquan trọng. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhiên liệu hóa thạch ngày càng bộclộ nhiều điểm hạn chế: không có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi trường và việc phụthuộc quá nhiều vào loại nhiên liệu này đang gây ra những bất ổn về kinh tế, chínhtrị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa quá trình reforming etanol sử dụng xúc tác NiAl2O3 trên phần mềm HYSYS TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH REFORMING ETANOL SỬ DỤNG XÚC TÁC Ni/Al2O3 TRÊN PHẦN MỀM HYSYS KS. ĐOÀN VĂN HUẤN, LƯƠNG VĂN SƠN, NGUYỄN THỊ THANH MAI, NGÔ THỊ HẠNH Trường Đại học Mỏ Địa chất Tóm tắt: Dựa trên phần mềm Aspen Hysys, quá trình reforming etanol đ ể sản xuất hydro đã được mô phỏng nhằm nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của quá trình. Kết quả đã tìm được lượng hydro trong quá trình đ ạt t ối đa tại lưu lượng dòng nước là 70kmol/h, lưu lượng dòng khí là 845 kmol/h. Ngoài ra, phản ứng reforming etanol trên xúc tác Ni/Al 2O3 cũng được mô phỏng trên Hysys với các đặc trưng xúc tác thu được từ thực nghiệm. Kết quả đã chỉ ra được sự ảnh hưởng của các thông số như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng dòng đến phản ứng reforming etanol để sản xuất hydro.1. Mở đầu Như chúng ta đã biết, nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trò h ết s ứcquan trọng. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhiên li ệu hóa thạch ngày càng b ộclộ nhiều điểm hạn chế: không có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi trường và việc ph ụthuộc quá nhiều vào loại nhiên liệu này đang gây ra những b ất ổn v ề kinh t ế, chínhtrị. Thực tế đặt ra nhu cầu cấp thiết cần phải tìm nguồn nhiên li ệu thay th ế chonhiên liệu hóa thạch. Rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành và đ ưa ra đ ược nhi ềunguồn nhiên liệu mới. Trong đó, nhiên liệu có nguồn gốc sinh h ọc đang đ ược ưu tiênnghiên cứu, sử dụng. Hydro hiện được sử dụng như là một nguồn nhiên liệu sạch. Việc điều ch ếHydro từ quá trình reforming etanol đang được nghiên c ứu khá rộng rãi. Trong ph ạmvi nghiên cứu của công trình “Tối ưu hóa quá trình Reforming etanol sử d ụng xúc tácNi/Al2O3 trên phần mềm Hysys”, chúng tôi tập trung nghiên cứu đi ều chế xúc tácNi/Al2O3 và tối ưu hóa quá trình sử dụng xúc tác này trên phần mềm Aspen Hysys.2. Quá trình reforming etanol sản xuất hydro2.1. Cơ chế của phản ứng reforming etanol Phản ứng reforming etanol dựa trên cơ chế Eley Rideal: C2H6O + 3H2O = 2CO2 + 6H2 (2.1)Hấp phụ etanol lên bề mặt xúc tác C2H6O + (a) ↔ C2H6O(a)Tương tác etanol hấp thụ với vị trí lỗ C2H6O(a) + (a) ↔ CH4O*(a) + CH2*(a)trống liền kềPhản ứng bề mặt hấp phụ và giải hấp CH4*(a) + H2O(g) ↔ CO2 + 3H2 + (a)phụ CH*2(a) + 2H2O(g) ↔ CO2 + 3H3 + (a) Với (a) tương ứng với một vị trí linh động, k i là hằng số tốc độ phản ứng thuậncho phản ứng i và k-i là hằng số tốc độ phản ứng nghịch cho phản ứng i.Đặt: C2H6O = A, CH4O*= B, CH*2= S*, CO2 = C và H2 = D.2.2. Sơ đồ quá trình reforming etanol sản xuất hydro Quá trình bắt đầu từ ba dòng nguyên liệu etanol, không khí và hơi nước ởđiều kiện môi trường. Trước khi đưa vào lò phản ứng ATR nguyên liệu được traođổi nhiệt với dòng sản phẩm nóng ra để nguyên liệu được đưa về pha h ơi v ới l ưulượng etanol 100 kmol/h, nước 150 kmol/h và không khí 550 kmol/h dòng s ản ph ẩmsau khi ra khỏi thiết bị ATR được làm lạnh và đi vào cụm thiết bị WGS (gồm thi ết b ị 1HTS, MTS và LTS) và cuối cùng dòng ra vào lò phản ứng PROX và thu được H 2 nhiệtđộ của phản ứng này là 70 oC. Sơ đồ khối quá trình mô phỏng reforming etanol đểsản xuất hydro.Etanol Phản ứng Phản ứng Phản ứng Hydro (pin Trong thiết trong thiết trong thiếtKhông khí nhiên liệu) bị ATR bị WGS bị ProxHơi nước 100oC 100oC 70oC Không khí3. Mô phỏng và thực nghiệm3.1. Mô phỏng quá trình reforming etanol trên Hysys Quá trình mô phỏng sử dụng mô hình Peng-Robinson.Các phản ứng đượcthiết lập trong quá trình reforming là: Trong thiết bị ATR: Có rất nhiều phản ứng xảy ra và tổng các ph ản ứng cânbằng hệ số ta được phương trình tổng quát. 7CH3CH2OH + 5.5O2 + 2H2O → 6CO2 + 8CO + 23H2 (∆HO= -825 kJmol-1) (3.1) Trong thiết bị WGS: (HLS,LTS và MTS) CO + H2O ↔ CO2 + H2 (∆HO= -42 kJmol-1) (3.2) Trong thiết bị PROX: CO+O2 ↔ CO2 (3.3) và O2 + H2 = H2O (3.4)3.2. Điều chế xúc tác Ni/Al2O3 Xúc tác Ni/Al2O3 được tổng hợp bằng 2 phương pháp:- Phương pháp đồng kết tủa Hòa tan Ni(NO3)2.6H2O và Al(NO3)3.9H2O vào nước được dung dịch A. Nhỏtừ từ dung dịch Na2CO3 (pH = 11.5) ở nhiệt độ 40oC-45oC. Hỗn hợp sau phản ứng cópH khoảng 8.0 được khuấy mạnh trong 60-70 phút. Kết tủa được đem đi lọc và sấyở 110 oC qua đêm. Rửa kết tủa sau sấy vài lần với nước ấm và 2 lần v ới n ước lạnh,sau đó sấy ở 1 ...