Prediction of coke formation over a catalyst particle for dry reforming of methane

การทำนายการเกิดโค้กบนอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยารีฟอร์มมิงแบบแห้งของมีเทน

Name: Chananun Rojanarungruengporn

Abstract: Nowadays, global warming is a significant environmental problem causing various impacts across the globe. Dry reforming of methane (DRM) is one of the reactions that can utilize CO2 effectively. However, the major problem of DRM process is the deactivation of catalysts caused by coke formation over the catalyst particle which mainly occurs from CH4 decomposition reaction. Coke formation leads to a decrease in catalytic performance by blocking the pores and active sites. In this study, the spatial catalyst deactivation caused by coke formation over a spherical alumina-supported nickel catalyst (Ni/Al2O3) particle in dry reforming of methane (DRM) was investigated using computational fluid dynamics (CFD). Firstly, a spherical geometry was developed as the simulation domain to replicate the shape of an actual catalyst. The validation result indicated that both coke accumulation and deactivation on a catalyst particle showed a good agreement with the experimental data. The coke was initially formed at the surface of the catalyst and gradually formed at the center. As the reaction progressed, the concentration of coke at the center was higher than at the surface. Secondly, the effect of CH4/CO2 ratio and temperature on the coke formation was considered. These developed concentration profiles can be further used for a better understanding of coke formation behavior, leading to an improvement of the overall efficiency for the DRM process.

Abstract: ในปัจจุบันภาวะโลกร้อนเป็นปัญหาทางสิ่งแวดล้อมที่สำคัญซึ่งส่งผลกระทบไปทั่วโลก ปฏิกิริยารีฟอร์มมิแบบแห้งของมีเทน เป็นหนึ่งในปฏิกิริยาที่สามารถใช้คาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามปัญหาหลักของกระบวนการรีฟอร์มมิแบบแห้งของมีเทน คือการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเกิดจากการก่อตัวของโค้กบนตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการสลายตัวของมีเทน การก่อตัวของโค้กทำให้ประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาลดลงโดยการอุดตันรูพรุน และส่วนที่ว่องไวบนตัวเร่งปฏิกิริยา ในงานวิจัยนี้ได้ตรวจสอบการเสื่อมสภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดจากการก่อตัวของโค้กบนตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิลบนตัวรองรับอลูมิน่าทรงกลมในปฏิกิริยารีฟอร์มมิแบบแห้งของมีเทน ได้ทำการศึกษาโดยใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ ในขั้นแรกเรขาคณิตทรงกลมถูกพัฒนาเป็นโดเมนเพื่อจำลองรูปร่างของตัวเร่งปฏิกิริยาจริง ผลตรวจสอบความถูกต้องพบว่าการสะสมของโค้ก และการเสื่อมสภาพบนอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยามีผลสอดคล้องที่ดีกับผลการทดลอง ในขั้นต้น โค้กถูกสร้างขึ้นที่พื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาและค่อย ๆ ก่อตัวขึ้นที่จุดศูนย์กลาง เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไป ความเข้มข้นของโค้กที่จุดศูนย์กลางจะสูงกว่าที่พื้นผิว ในขั้นที่สองผลกระทบของอัตราส่วนมีเทนต่อคาร์บอนไดออกไซด์ และอุณหภูมิต่อการเกิดโค้กถูกพิจารณา โปรไฟล์ความเข้มข้นที่ถูกพัฒนาขึ้นเหล่านี้สามารถนำมาใช้เพิ่มเติมความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพฤติกรรมการก่อตัวของโค้ก ซึ่งนำไปสู่การปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมสำหรับกระบวนการรีฟอร์มมิแบบแห้งของมีเทน

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Suphot Phatanasri

Role: advisor

Name: Supareak Praserthdam

Role: co-advisor

Name: Phuet Prasertcharoensuk

Role: co-advisor

Name: Kritchart Wongwailikhit

Role: co-advisor

Created: 2021

Modified: 2024-01-04

Issued: 2024-01-04

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Chemical Engineering

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	6270052521[1].pdf	2.59 MB

ใช้เวลา

0.022048 วินาที