Προσομοίωση διεργασίας πιλοτικής κλίμακας υδρογονόνωσης του CO2 και διεξαγωγή πειραματικών μετρήσεων για την επιβεβαίωση του μοντέλου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία σκοπεύει στη μελέτη της υδρογόνωσης του CO2 με την διεξαγωγή πειραμάτων σε μονάδα πιλοτικής κλίμακας με δομημένο καταλύτη νικελίου υποστηριγμένου σε νανοράβδους οξειδίου του δημητρίου και προσομοιώσεων της διεργασίας στο λογισμικό Aspen Plus. Τα πειράματα που διεξήχθησαν είχαν σκοπό τη μελέτη της καταλυτικής συμπεριφοράς υπό μεταβλητές συνθήκες αντίδρασης. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας εισόδου, της ταχύτητας χώρου, της γραμμομοριακής αναλογίας Η2:CO2, ενώ πραγματοποιήθηκε και μελέτη σταθερότητας. Αρχικά, καταδείχθηκε ότι η θερμοκρασία εισόδου και η ταχύτητα χώρου είχαν επίδραση στην μετατροπή του CO2 και στην εκλεκτικότητα ως προς CH4 και CO, καθώς η αύξηση τους επέφερε μείωση του πρώτου μεγέθους και αύξηση του δεύτερου. Επίσης, λόγω της εξώθερμης φύσης της αντίδρασης, υπήρχε αύξηση της θερμοκρασίας στην κλίνη. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας των αντιδρώντων στη μετατροπή του CO2 και την εκλεκτικότητα. Για αναλογία Η2 : CO2 = 5:1, μετρήθηκε η μέγιστη μετατροπή του CO2, ενώ για Η2 : CO2 = 3:1 η μικρότερη, γεγονός που σημαίνει ότι η αύξηση του ποσοστού Η2 στα αντιδρώντα βοηθάει την αντίδραση. Έπειτα, πραγματοποιήθηκε μέτρηση με σταθερή ροή και θερμοκρασία σε χρόνο περίπου 75 h για να δειχθεί η σταθερότητα του καταλύτη σε πιλοτική κλίμακα, με απώτερο σκοπό την περαιτέρω κλιμάκωση της διεργασίας. Τέλος, με τη χρήση του λογισμικού Aspen Plus πραγματοποιήθηκε προσομοίωση των διεξαχθέντων πειραμάτων και εύρεση των εκάστοτε θερμοδυναμικών τιμών μετατροπής CO2 και εκλεκτικότητας σε CO/CH4.