Tài liệu Tối ưu hóa quá trình reforming etanol để sản xuất h2 sử dụng xúc tác ni-al2o3 trên phần mềm hysys

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Khoa Dầu Khí Bộ Môn: Lọc Hóa Dầu ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH REFORMING ETANOL ĐỂ SẢN XUẤT H2 SỬ DỤNG XÚC TÁC Ni/Al2O3 TRÊN PHẦN MỀM HYSYS HN: 2011 SINH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI:  Lương Văn Sơn  Ngô Thị Hạnh  Nguyễn Thị Thanh Mai Giáo Viên Hướng Dẫn: KS. Đoàn Văn Huấn MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Mục đích: Sản xuất hydro từ etanol một nguồn nguyên liệu biomass Tối ưu hóa quá trình nhằm thu được tối đa H 2 giảm lượng CO2 thoát ra môi trường dựa vào mô phỏng trên phần mềm Hysys Tổng hợp xúc tác cho phản ứng và nghiên cứu động học của phản ứng trên xúc tác Ni/Al2O3 Ý nghĩa: - Sản xuất H2 nhằm thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, đồng thời giúp giảm ô nhiễm môi trường do nhiên liệu hóa thạch gây ra. - Sản xuất H2 là một hướng đi mới, phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn các phương pháp khác nó có tính ứng dụng cao, đơn giản và phù hợp với điều kiện nguồn nguyên liệu biomass sẵn có như ở Việt Nam. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Giới thiệu nguồn nhiên liệu H2  Mô phỏng quá trình reforming etanol sản xuất H2 - Mô phỏng quá trình - Tối ưu hóa quá trình  Mô phỏng phản ứng reforming trên xúc tác Ni/Al2O3 - Nghiên cứu động học của phản ứng - Tổng hợp xúc tác Ni/Al2O3 (đặc trưng bằng phương pháp XRay + BET) - Mô phỏng phản ứng trên Hysys, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng  Kết luận và kiến nghị CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Năng lượng mặt trời Năng lượng hóa thạch: dầu mỏ, than đá Năng lượng sinh khối Hạt nhân Sơ đồ sản xuất etanol từ sinh khối Xử lý nguồn biomass Xử lý sơ bộ Sản xuất enzim Thủy phân xenlulozơ Etanol Lên men glucozơ Lên men pentozơ Thu hồi etanol Tận dụng licnin Với mục đích làm nhiên liệu, H2 có nhiều ưu điểm hơn so với nhiên liệu hóa thạch Là Lànhiên nhiênliệu liệusạch, sạch,gần gầnnhư nhưkhông không phát phátkhí khíthải thải. . Là Lànguồn nguồnnăng nănglượng lượngcó cóthể thểtái tái sinh. sinh. Thay Thaythế thếkhí khíthiên thiênnhiên nhiêncung cungcấp cấp năng nănglượng lượngcho chonhu nhucầu cầudân dândụng dụng. . Làm Làmpin pinnhiên nhiênliệu liệucho chođộng độngcơ, cơ, chạy chạyrất rấtêm, êm,không khônggây gâyồn ồn. . Ứng dụng của nguồn H2 Công nghệ hóa dầu Nguồn H2 Luyện kim, chất bán dẫn Công nghệ lọc dầu Nhiên liệu cho động cơ Tại sao lại dùng etanol để sản xuất H2 ? Dễ reforming hơn hydrocacbon Tiết kiệm năng lượng và chi phí Tránh vấn đề ô nhiễm môi trường Do không cần etanol tinh khiết nên bỏ qua các công đoạn sấy khô, chưng cất, hấp phụ . Do không dùng lưu huỳnh, một xúc tác độc như trong reforming hydrocacbon và sử dụng nguồn etanol sinh khối. Tại sao lại dùng xúc tác Ni/Al2 O3 ? • Xúc tác có các ưu điểm: Độ chọn lọc H2 cao Tạo ra hiệu suất cao, > 90% Dễ tổng hợp. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT H2 TỪ ETANOL Mô phỏng quá trình reforming etanol sản xuất hydro. etanol Air Water Sơ đồ khối Thiết bị ATR 100oC Thiết bị WGS 100oC Thiết bị PROX 70oC Không khí H2(pin nhiên liệu) Sơ đồ dòng mô phỏng Dòng nguyên liệu Dòng Dòng 1 Dòng 2 Dòng 3 Đơn vị Condition Name water Air etanol Nhiệt độ 100 100 100 Lưu Lượng 150 550 100 kmol/h Áp Suất 101.3 101.3 101.3 kPa O C THIẾT LẬP PHẢN ỨNG Trong thiết bị ATR • • • • • • • • • • • • • CH3CH2OH + 3H2O → 6H2 + 2CO2 CH3CH2OH + 3H2O → 4H2 + 2CO CH3CH2OH + 0.5 O2 → CH3CHO + H2O CH3CH2OH → C2H4O + H2 CH3CH2OH → C2H4 CH3CH2OH → 0.5 CO2 + 1.5 CH4 CH3CH2OH → CO + CH4 + H2 C2H4O + H2O → 2CO + 3H2 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O CH4 + 2O2 → CO + 2H2 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 C2H4 + H2 → C2H6 C2H4 → 2C + 2H2 (∆Ho =174kJmol-1) (∆Ho = 256 kJmol-1) (∆Ho = -175 kJmol-1) (∆Ho = 68 kJmol-1) (∆Ho= 45 kJmol-1) (∆Ho= -74 kJmol-1) (∆Ho= 49 kJmol-1) (∆Ho= 180 kJmol-1) (∆Ho= -800 kJmol-1) (∆Ho= -36 kJmol-1) (∆Ho= -320 kJmol-1) (∆Ho= -140 kJmol-1) (∆Ho= -52 kJmol-1) THIẾT LẬP PHẢN ỨNG • Trong thiết bị HTS, MTS & LTS (WGS) CO + H2O ↔ CO2 + H2 (∆Ho= -42 kJmol-1) • Trong thiết bị PROX (mục đích là giảm nồng độ CO đến mức cho phép) CO+O2 ↔ CO2 và O2 + H2 = H2O. Sơ đồ dòng mô phỏng Kết Quả Mô Phỏng Kết quả các dòng ra khỏi thiết bị ATR và LTS Thành phần Dòng hơi ra khỏi thiết bị ATR Dòng hơi ra khỏi thiết bị LTS CO 0.033193 0.005956 H2 0.626474 0.658713 TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH Nồng độ của CO và H2 phụ thuộc lưu lượng dòng không khí Nhiệt độ dòng hơi ra khỏi thiết bị ATR thay đổi theo lưu lượng mol không khí TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH Sự thay đổi nồng độ của CO và H2 ở dòng ra khi thay đổi lưu lượng nước. Nhiệt độ dòng hơi ra khỏi thiết bị ATR khi thay đổi lưu lượng dòng nước