Ters su-gazı değişimi reaksiyonunun membran entegre edilmiş mikroreaktörlerde modellenmesi

Membranlı mikrokanal reaktördeki RWGS reaksiyonu modellenmiştir. Proses yoğunlaştırma, H2O ve H2 moleküllerinin seçici taşımına izin veren hidrofilik α-Al2O3 destekli sodalite (SOD) membran kullanılarak yerinde buhar ayırma ile gerçekleştirilmiştir. CuO/ZnO/Al2O3 (CZA) katalizör tabakası, mikroreaktörün dikdörtgen şeklindeki reaksiyon kanallarının iç duvarları boyunca kaplanmıştır. Reaktan olarak da halihazırda bulunan saf H2, süpürme kanalında süpürme gazı olarak kullanılmıştır. Yoğunlaştırılmış reaktörün iki boyutlu, yatışkın hal ve izotermal çalışma koşullarında, tüm akış alanı, membran kütle transferi ve katalitik reaksiyonu momentum ve kütle korunumları ile hesaplanmıştır. Reaktör, 523 K, 5-15 bar ve H2:CO2 giriş molar oranı = 2-4 olacak şekilde çalıştırılmıştır. Reaktif karışımın (H2+CO2) ve süpürme gazının (H2) giriş hızlarının, reaktör basıncının, H2:CO2 molar giriş oranının ve akış yönünün yüzde CO2 dönüşümü, dönüştürülen CO2 miktarı ve sentez gazı bileşimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. H2O'nun reaksiyon kanalından dışarı/ H2'nin süpürme kanalından içeri membran destekli akışı reaktör performansını önemli ölçüde arttırmıştır. Mikrokanal sistemin izotermale yakın koşulların karakteristik özelliklerine sahip olduğunu göstermek için izotermal olmayan koşullarda çalışma yürütülmüştür. Akış yönünün reaktörün çalışması üzerindeki etkisinin ihmal edilebilir olduğu saptanmıştır. Süpürme gazı giriş hızının, performans ölçütlerini önemli şekilde etkilediği gözlenmiştir. Buhar seçici membran entegrasyonu ile süpürme hızının reaksiyon kanalı giriş hızının altı katına çıkarılması, CO2 dönüşümünü %16,1'den %51,6'ya çıkarmıştır. Boyutlandırma çalışmaları, 3,6 m3 'lük çok kanallı reaktörün, 1 MW'lık ticari bir elektrolizörden gelen H2 girdisini işleyebileceğini göstermektedir. Ayrıca, mevcut reaktör birebir aynı şartlarda çalışan dolgu yataklı bir membran reaktör ile kıyaslanmıştır