Σχεδιασμός καινοτόμου αντιδραστήρα για παραγωγή υδρογόνου από βιοκαύσιμα
Creators: name: Κεχαγιόπουλος, Παναγιώτης Ν.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2009
Subjects: Αναμόρφωση με ατμό
Ρευστοστερεά κλίνη με πίδακα αερίου
Καταλύτες Ni/Ολιβίνη
Βιοέλαια
Steam reforming
Spouted bed reactor
Ni/Olivine catalysts
Bio-oil

description: Η αναμόρφωση βιοελαίων είναι μία ενδιαφέρουσα διεργασία παραγωγής υδρογόνου, η οποία συνοδεύεται από υψηλά ποσοστά δημιουργίας κωκ. Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε ο σχεδιασμός κατάλληλου αντιδραστήρα για τη διεργασία. Στην πειραματική μελέτη χρησιμοποιήθηκε πιλοτική μονάδα, στοχεύοντας σε κατά το δυνατόν ρεαλιστικές συνθήκες. Η διεργασία μελετήθηκε εκτενώς σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης με εμπορικούς καταλύτες αναμόρφωσης. Αιθυλενογλυκόλη, οξικό οξύ και ακετόνη επιλέχθηκαν ως πρότυπες ενώσεις, ενώ εκτλέστηκαν επίσης πειράματα με υδατική δάση βιοελαίου. Οι μονομερικές ενώσεις αναμορφώθηκαν επιτυχώς με την απόδοση σε υδρογόνο να φτάνει το 90%. Η επεξεργασία των θερμικά ασταθών βιοελαίων αποδείχτηκε πιο προβληματική, λόγω αυξημένων επικαθίσεων κωκ, οδηγώντας σε χαμηλότερη απόδοση σε υδρογόνο (-60%). Προκειμένου να επιτευχθεί ταχύς διαμερισμός και επαφή των βιοελαίων με τον καταλύτη, διερευνήθηκε η χρήση αντιδραστήρα ρευστοστερεάς κλίνης με πίδακα σε συνδυασμό με σύστημα ψεκασμού. Εξετάστηκε η αναμόρφωση αιθυλενογλυκόλης και οξικού οξέος παρουσία άμμου, ολιβίνη και καταλυτών Ni/Ολιβίνη. Η δημιουργία κωκ περιορίστηκε σημαντικά λόγω των ρευστοδυναμικών χαρακτηριστικών της κλίνης. Η εφαρμογή του αντιδραστήρα στην αναμόρφωση υδατικής φάσης βιελαίου αποδείχτηκε πιο περίπλοκη οδηγώντας σε εκ νέου σχεδιασμό του συστήματος ψεκασμού των βιελαίων. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το πρόβλημα της παραγωγής κωκ είναι δυνατόν να αντιμετωπιστεί ικανοποιητικά στο συγκεκριμένο τύπο αντιδραστήρα. Τέλος, αναπτύχθηκε μη-ισοθερμοκρασιακό ψευδο-ομογενές μοντέλο του αντιδραστήρα ρευστοστερεάς κλίνης με πίδακα
description: Steam reforming of bio-oil is an attractive hydrogen production process which is characterized by severe coke production. Goal of the present study was the design of a proper reactor for the process. The entire experimental work took place in a pilot scale unit, aiming at realistic conditions. The performance of the process was studied elaborately in a fixed bed reactor using commercial reforming catalysts. Ethylene glycol, acetic acid and acetone were chosen as model compounds, while experiments were also carried out with the aqueous fraction of bio-oil. The monomeric compounds were successfuly reformed with hydrogen yield reaching as high as 90%. The processing of the thermally unstable bio-oil proved a lot more problematic, due to high coke deposition, leading to lower hydrogen yield(-60%). The use of a spouted bed reactor equipped with a feed injection system was investigated, in order to achieve fast atomization and contact between bio-oil and catalytic particles. Ethylene glycol and acetic acid reforming was investigated over sand, olivine and Ni/olivine catalysts. Implementation of the injection sysem was successful. The production of coke was drastically reduced due to the hydrodynamics of the bed. The implementation of the spouted bed reactor in the reforming of the aqueous fraction of bio-oil proved a lot more complex leading to the design of a new bio-oil injection system. Finally, a non-isothermal pseudohomogeneous model of the spouted bed reactor was developed