Design, construction and implementation of a packed reactor system to study the production of hydrogen by the catalytic reaction of reforming of oxygenated hydrocarbons
Description
The Laboratorio de Quimica Inorganica of the Universidad de Costa Rica has evaluated the performance of several types of catalysts and supports in steam reforming reactions, using different conditions for synthesis of the same. The construction of a reaction system at laboratory scale is described to improve the conditions of the reforming process compared to previous projects. Catalysts synthesized and characterized are used but providing better disposal through a packed bed reactor. The system has had the necessary instrumentation for proper measurement of the temperature at the entrance and inside the reactor, proper feeding of reactants, flow measurement and sampling and measurement system. The conceptual design of the reactions system presented has taken into account the income of reactants through a peristaltic pump, preheating or vaporization of reagents, income and measurement of carrier gas sampling, take of sampling, flow measurement product, reactor packed and cooler product. The order of each stage is defined and positioning in the entire system. The design of a preheater and a tubular reactor is detailed, taking into account the dimensions and construction materials of each of the pieces. The design is presented in a series of diagrams and then the result of the construction is illustrated by photographs, all work done also has been described. The implementation of the system has described by the coupling of all parties and the respective tests. A basic experimental plan is presented to evaluate the performance of the reaction system, using glycerin as a reactant, demonstrating ability to react and take effective data. Four experiments are performed: vacuum reactor, packed reactor with two types of filling and reactor with an exposed surface cobalt oxide (II) reduced, the gases produced in the reaction are analyzed by gas chromatography. The results are discussed and analyzed, focusing on the overall selectivity of hydrogen relative to methane, and the total yield of hydrogen as study variables. Experimental results have determined that the best performance is obtained when performing the reforming of glycerin, exposing a surface of cobalt oxide (II) in the reactor, with an overall yield higher than 15,8% and an overall selectivity for hydrogen over methane 50,5 moles of hydrogen per mole of methane produced. The reaction system has shown to provide the conditions for overcoming the pressure drop generated by a filler composed of small particles of activated alumina (average diameter of 2 mm). The stability of the experimental data are studied, demonstrating the repeatability of the response variable, the percentage of hydrogen is directly affected by the conditions of the reaction system, mainly flow and particle size in the reactor filling. The use of a filler is preferred with similar morphology to the synthesized granule in the laboratory and a flow of 0,86 mL/min of glycerin solution to work with less fluctuations in the system, because under these conditions was obtained a relative standard deviation of 2,0% in the steady state associated data. (author)
Availability note (English)
Available from Biblioteca Luis Demetrio Tinoco, Universidad de Costa RicaAbstract (Spanish)
El Laboratorio de Investigacion de Quimica Inorganica de la Universidad de Costa Rica ha evaluado el desempeno de varios tipos de catalizadores y soportes en reacciones de reformado con vapor, utilizando diferentes condiciones para la sintesis de los mismos. La construccion de un sistema de reaccion a escala de laboratorio es descrito para mejorar las condiciones del proceso de reformado en comparacion a proyectos anteriores. Los catalizadores ya sintetizados y caracterizados son utilizados pero brindando una mejor disposicion por medio de un reactor de lecho empacado. El sistema ha tenido la instrumentacion necesaria para la adecuada medicion de la temperatura en la entrada e interior del reactor, una correcta alimentacion de reactivos, medicion de flujos y un sistema de muestreo y medicion. El diseno conceptual del sistema de reacciones presentado ha tomado en cuenta el ingreso de reactantes mediante una bomba peristaltica, precalentamiento o vaporizacion de reactivos, ingreso y medicion de gas de arrastre, toma de muestra, medicion de flujo de productos, reactor empacado y enfriador del producto. El orden de cada etapa es definida y el posicionamiento en el sistema completo. El diseno de un precalentador y un reactor tubular es detallado, tomando en cuenta las dimensiones y materiales de construccion de cada una de las piezas. El diseno es presentado en una serie de diagramas y posteriormente el resultado de la construccion es ilustrado mediante fotografias, igualmente todos los trabajos realizados han sido descritos. La puesta en marcha del sistema se ha descrito mediante el acople de todas las partes y las pruebas respectivas. Un plan experimental basico es presentado para evaluar el desempeno del sistema de reaccion utilizando glicerina como reactante, demostrando capacidad de reaccion y la toma de datos efectiva. Cuatro experimentos son realizados: reactor vacio, reactor empacado con dos tipos de relleno y reactor con una superficie expuesta de oxido de cobalto(II) reducido, los gases producidos en la reaccion son analizados mediante cromatografia de gases. Los resultados son discutidos y analizados, enfocando la selectividad total de hidrogeno con respecto al metano, y el rendimiento total de hidrogeno como variables de estudio. Los resultados experimentales han determinado que el mejor comportamiento es obtenido al realizar el reformado de glicerina, exponiendo una superficie de oxido de cobalto(II) en el reactor, con un rendimiento total superior al 15,8% y una selectividad total de hidrogeno sobre metano de 50,5 moles de hidrogeno por cada mol de metano producido. El sistema de reaccion ha demostrado que proporciona las condiciones para superar la caida de presion generada por un relleno compuesto por particulas pequenas de alumina activada (diametro promedio de 2 mm). La estabilidad de los datos experimentales son estudiados, demostrando la repetibilidad en la variable de respuesta, el porcentaje de hidrogeno esta directamente afectada por las condiciones del sistema de reaccion, principalmente flujo y tamano de particula en el relleno del reactor. El uso de un relleno es recomendado con morfologia similar al de los granulos sintetizados en el laboratorio y un flujo de 0,86 mL/min de disolucion de glicerina para trabajar con menos fluctuaciones en el sistema, pues bajo estas condiciones fue obtenida una desviacion estandar relativa de 2,0% en los datos asociados al estado estacionario. (autor)Additional details
Additional titles
- Original title (Spanish)
- Diseno, construccion y puesta en marcha de un sistema de reactor empacado para estudiar la produccion de hidrogeno mediante la reaccion catalitica de reformado de hidrocarburos oxigenados
Publishing Information
- Imprint Place
- San Jose (Costa Rica)
- Imprint Pagination
- 126 p.
INIS
- Country of Publication
- Costa Rica
- Country of Input or Organization
- Costa Rica
- INIS RN
- 45102921
- Subject category
- S08: HYDROGEN; S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY; S42: ENGINEERING;
- Resource subtype / Literary indicator
- Numerical Data, Thesis, Non-conventional Literature
- Descriptors DEI
- CATALYSTS; CHEMICAL ANALYSIS; CHEMICAL REACTORS; DISPERSED STORAGE AND GENERATION; ENGINEERING; EXPERIMENTAL DATA; GAS CHROMATOGRAPHY; GLYCEROL; HYDROGEN FUELS; HYDROGEN GENERATORS; HYDROGEN PRODUCTION; RENEWABLE ENERGY SOURCES; TESTING
- Descriptors DEC
- ALCOHOLS; ALTERNATIVE FUELS; CHROMATOGRAPHY; DATA; ENERGY SOURCES; FUELS; GAS GENERATORS; HYDROXY COMPOUNDS; INFORMATION; NUMERICAL DATA; ORGANIC COMPOUNDS; SEPARATION PROCESSES; SYNTHETIC FUELS
Optional Information
- Notes
- Figs.,tabs., refs.