Hydrogen production from biogas in a membrane reactor

Fosil yakıtların tükenmesi ve enerji talebindeki artış nedeniyle temiz hidrojen üretimine ilgi artmıştır. Aynı cihazda hem hidrojen üretimi hem de hidrojen ayrımı sağlayan membran reaktörlerde hidrojen üretimi her geçen gün artmaktadır. Bu tezde, besleme gazından (biyogaz ve metan) hidrojen üretimi sağlayan membran reaktörün performansını iyileştirmek için matematiksel modelleme yöntemi kullanılmıştır. MATLAB programı kullanılarak, bir membran reaktörün 1- boyutlu modelleri geliştirilmiş ve ayrı ayrı doğrulanmıştır. Reaktörün sıcaklık dağılımları, tüm türlerin molar akış hızlarının değişimi, metan dönüşümü ve hidrojen geri kazanımı reaktör uzunluğu boyunca incelenmiştir. Doğrulanan 1-boyutlu membran reaktör modeli, CO2 yakalama sistemi ve çeşitli tesis bileşenlerinden oluşan entegre bir sisteme entegre edilmiş ve MATLAB programı ile elektrokimya (reaksiyon kinetiği) ve termodinamik (enerji ve ekserji analizi) ilkelerini kullanarak sistem düzeyinde model geliştirilmiştir. Bazı çalışma parametrelerinin (çalışma sıcaklığı, buhar-karbon oranı ve reaksiyon basıncı) sistem performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Daha sonra entegre sistemdeki her bir bileşenin ekserji yıkım oranları ve her bir bileşenin ekserji yıkım hızı değerleri incelenmiştir. Dahası membran reaktörlerin çalışma prensibini daha iyi anlamak için, deneysel çalışmalar İtalya'daki Membran Teknoloji Enstitüsü'nde gerçekleştirilmiştir. Son olarak, reaktörün davranışını hem eksenel hem de radyal yönlerde araştırmak için COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak 2-boyutlu membran reaktör modelleri geliştirilmiştir.