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

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 để 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 đạt tối 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/Al2O3 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 hết sức quan

trọng. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhiên liệu hóa thạch ngày càng bộc lộ nhiều

điểm hạn chế: không có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi trường và việc phụ thuộc quá

nhiều vào loại nhiên liệu này đang gây ra những bất ổn về kinh tế, chính trị.

Thực tế đặt ra nhu cầu cấp thiết cần phải tìm nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên

liệu hóa thạch. Rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành và đưa ra được nhiều nguồn

nhiên liệu mới. Trong đó, nhiên liệu có nguồn gốc sinh học đang được ưu tiên nghiên

cứu, sử dụng.

Hydro hiện được sử dụng như là một nguồn nhiên liệu sạch. Việc điều chế

Hydro từ quá trình reforming etanol đang được nghiên cứu khá rộng rãi. Trong phạm vi

nghiên cứu của công trình “Tối ưu hóa quá trình Reforming etanol sử dụng xúc tác

Ni/Al2O3 trên phần mềm Hysys”, chúng tôi tập trung nghiên cứu điều chế xúc tác

Ni/Al2O3 và tối ưu hóa quá trình sử dụng xúc tác này trên phần mềm Aspen Hysys.

2. Quá trình reforming etanol sản xuất hydro

2.1. 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 trống

liền kề

C2H6O(a) + (a) ↔ CH4O*(a) + CH2*(a)

Phản ứng bề mặt hấp phụ và giải hấp phụ CH4*(a) + H2O(g) ↔ CO2 + 3H2 + (a)

CH*2(a) + 2H2O(g) ↔ CO2 + 3H3 + (a)

Với (a) tương ứng với một vị trí linh động, ki là hằng số tốc độ phản ứng thuận

cho 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 ở điều

kiện môi trường. Trước khi đưa vào lò phản ứng ATR nguyên liệu được trao

đổi nhiệt với dòng sản phẩm nóng ra để nguyên liệu được đưa về pha hơi với lưu lượng

etanol 100 kmol/h, nước 150 kmol/h và không khí 550 kmol/h dòng sản phẩm sau khi ra

khỏi thiết bị ATR được làm lạnh và đi vào cụm thiết bị WGS (gồm thiết bị HTS, MTS

1