Su gazı değişimi tepkimesinin yoğunlaştırılmasına yönelik bir matematiksel modelleme çalışması

Düşük sıcaklık su gazı değişimi (SGD) reaksiyonu CuO/ZnO/Al2O3 katalizörü ve ZIF-7 membranı kullanılan bir reaktörde modellenmiştir. Modelin literatür bazlı deneysel veriler ile teyit edilmesini takiben, süpürücü gaz türünün ve akış hızının, basıncın ve boşluk hızının CO dönüşümü üzerine olan etkileri incelenmiş ve farklı basınçlarda ayrıştırılan H2'nin akış hızı belirlenmiştir. Ek olarak bu parametrelerin analizi sırasında, ZIF-7 membranının performansı aynı koşullarda yaygınca kullanılan Pd-Ag membranıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, %98 CO dönüşümüyle en iyi performansın 800 h-1 ve 10 bar'da; 1.072 mol.h-1 süpürücü su buharının eşyönlü akışı sırasında gerçekleştiği saptanmıştır. Özellikle süpürücü gaz olarak su buharının kullanılmasının CO dönüşümüne büyük katkı sağladığı ve eşyönlü akışın sıcaklık profilini sabit tutmak için kritik bir faktör olduğu bulunmuştur. Bunun yanında, ZIF-7 membranının su buharının membrandan ters geçişi sayesinde Pd-Ag membranından çok daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu çalışmanın devamında katalizör olarak Pt-CeO2'nin ve membran olarak ZIF-7'nin kullanıldığı bir membran mikroreaktörü modellenmiştir. Reaktör modelinin ve reaksiyon kinetiğinin onaylanması sonucunda ilk modele benzer bir parametre analizi gerçekleştirilmiştir. Burada süpürücü gazın türünün ve akış hızının, basıncın ve akışın kanalda kalma süresinin etkileri araştırılmıştır. Ek olarak, aynı model geleneksel, ardışık adiyabatik modda çalıştırılan ve ilki Fe-Cr, ikincisi CuO/ZnO/Al2O3 katalizörü içeren iki reaktörü modellemek için kullanılmış ve elde edilen veri önceki tek reaktör sistemiyle karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre 10 bar basınç, reaksiyon kanal girişi akış hızının 10 katı kadar eşyönlü süpürücü su buharı en iyi performansı göstermiştir. Kanalda kalış süresi 35.55 g.h/mol'e yaklaştığında %100 dönüşümün sağlanabileceği görülmüştür. Ayrıca tek ünite Pt-CeO2 membran mikroreaktörünün 400°C'de 11.85 g.h/mol kalış süresiyle %94.54 dönüşüme ulaşıp çift reactor sistemine göre daha üstün olduğu saptanmıştır.