Hiilivetyjen reformointi sähköreaktorissa
Levo, Leevi (2021)
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202105067382
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202105067382
Tiivistelmä
Tässä insinöörityössä tutkittiin hiilivetyjen kuiva- ja höyryreformointia resistiivisesti lämmitetyssä sähköreaktorissa. Työn toimeksiantajan Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n tutkimuspiiriin kuuluu sähköreaktoreiden käyttömahdollisuuksien selvittäminen teollisuuden siirtyessä ympäristöystävällisempiin prosesseihin.
Työn kirjallisessa osuudessa perehdyttiin yleisesti reformointiprosessiin, reformoinnin eri tekniikoihin synteesikaasun valmistuksessa ja sähköreaktorin induktiiviseen sekä resistiiviseen lämmitykseen. Kerätyn kirjallisuusmateriaalin pohjalta saatiin suuntaviivat kokeellisen osuuden syöttökaasujen suhteille, virtausmäärille ja reaktiolämpötiloille, joiden avulla laadittiin koesuunnitelma. Kokeet suoritettiin VTT:n prosessikoesali-laboratoriossa resistiivisesti lämmitetyllä putkireaktorilla, jonka sisäpinta oli pinnoitettu katalyytillä. Tulosten perusteella tarkasteltiin edellä mainittujen koeparametrien vaikutusta hiilivetyjen konversioon.
Kokeellisessa osuudessa keskityttiin metaanin ja eteenin konversioihin kuiva- sekä höyryreformoinnissa. Muita tarkasteltavia kohteita olivat lämmityksen tasaisuus, sähköreaktorin toiminta, painehäviöiden syntyminen ja reformointireaktiota heikentävän hiilen muodostuminen. Reformointikokeet aloitettiin metaanin kuivareformoinnilla, josta siirryttiin metaanin ja eteenin höyryreformointiin. Kokeissa käytettyjen putkireaktoreiden katalyyttipinnoitteena toimi rhodium, jonka kantajamateriaalina oli alumiinioksidi.
Työssä kerättyjen tietojen ja tulosten pohjalta hiilivetyjen reformoinnille sähköreaktorissa saatiin vahvaa positiivista näyttöä. Pienellä virtausnopeudella ja korkealla lämpötilalla saavutettiin simuloitujen reaktioiden tasapainokonversiot metaanin kuiva- ja höyryreformoinnissa. Päästötavoitteiden merkityksen kasvaessa ja uusiutuvan sähkön hinnan pudotessa kynnys sähköreaktoreiden laajaan teolliseen käyttöönottoon laskee jatkuvasti. Tulevaisuuden reformointireaktioiden jatkokokeissa sähköreaktorin sähkön kulutuksen ja hyötysuhteen analysoiminen antaisivat arvokasta tietoa tekniikan skaalaamista varten.
Työn kirjallisessa osuudessa perehdyttiin yleisesti reformointiprosessiin, reformoinnin eri tekniikoihin synteesikaasun valmistuksessa ja sähköreaktorin induktiiviseen sekä resistiiviseen lämmitykseen. Kerätyn kirjallisuusmateriaalin pohjalta saatiin suuntaviivat kokeellisen osuuden syöttökaasujen suhteille, virtausmäärille ja reaktiolämpötiloille, joiden avulla laadittiin koesuunnitelma. Kokeet suoritettiin VTT:n prosessikoesali-laboratoriossa resistiivisesti lämmitetyllä putkireaktorilla, jonka sisäpinta oli pinnoitettu katalyytillä. Tulosten perusteella tarkasteltiin edellä mainittujen koeparametrien vaikutusta hiilivetyjen konversioon.
Kokeellisessa osuudessa keskityttiin metaanin ja eteenin konversioihin kuiva- sekä höyryreformoinnissa. Muita tarkasteltavia kohteita olivat lämmityksen tasaisuus, sähköreaktorin toiminta, painehäviöiden syntyminen ja reformointireaktiota heikentävän hiilen muodostuminen. Reformointikokeet aloitettiin metaanin kuivareformoinnilla, josta siirryttiin metaanin ja eteenin höyryreformointiin. Kokeissa käytettyjen putkireaktoreiden katalyyttipinnoitteena toimi rhodium, jonka kantajamateriaalina oli alumiinioksidi.
Työssä kerättyjen tietojen ja tulosten pohjalta hiilivetyjen reformoinnille sähköreaktorissa saatiin vahvaa positiivista näyttöä. Pienellä virtausnopeudella ja korkealla lämpötilalla saavutettiin simuloitujen reaktioiden tasapainokonversiot metaanin kuiva- ja höyryreformoinnissa. Päästötavoitteiden merkityksen kasvaessa ja uusiutuvan sähkön hinnan pudotessa kynnys sähköreaktoreiden laajaan teolliseen käyttöönottoon laskee jatkuvasti. Tulevaisuuden reformointireaktioiden jatkokokeissa sähköreaktorin sähkön kulutuksen ja hyötysuhteen analysoiminen antaisivat arvokasta tietoa tekniikan skaalaamista varten.