Metan gazından hidrojen üretiminin modellenmesi

Abstract

Güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji vs. gibi kaynakların son yıllarda geliştirilmesine hatta kullanılmasına rağmen bu kaynaklardan elde edilen enerji, artan ihtiyacı karşılamak konusunda yetersiz kalmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar temiz ve yenilenebilen enerji elde edilmesinde enerji taşıyıcı olarak kullanılan hidrojenin umut vaat edici olduğunu göstermektedir. Bu nedenle üretimi, taşınması, depolanması ve kullanılmasına ilişkin teknolojilerin geliştirilmesi için dünyada kapsamlı çalışmalar yürütülmektedir.Doğal gazdan hidrojen üretimi günümüze kadar en çok kullanılan endüstriyel yöntemdir. Doğalgaz ise bölgesel olarak değişmekle beraber, büyük oranda metan ve daha az etan, bütan, propan ve karbondioksitten oluşmaktadır. Metan, doğası gereği fosil yakıtlar içerisinde en yüksek Hidrojen/Karbon (H/C) oranına sahiptir. Metandan hidrojen üretimi reforming reaksiyonları ile yapılmaktadır. Bu reaksiyonlar; metanın, hidrojen ve diğer değerli kimyasallara dönüştürülmesinde ilk ve en önemli adımı teşkil etmektedir.Bu tezin konusu; Metan gazından buhar reforming yöntemiyle hidrojen üretiminin matematiksel olarak modellenmesidir. Tez kapsamında, gerek sabit yataklı reaktörler için gerekse de akışkan yataklı membran reaktörlerle kullanılabilecek genel bir model oluşturulmuştur. Farklı çalışma koşullarında yakıt işlemcisi içerisindeki denge halindeki konsantrasyonlar ve sıcaklıklar analiz edilmiştir. Sonuçlar, yakıt işlemcilerinin veriminin, yüksek hava-yakıt ve buhar-yakıt oranları için daha fazla olduğunu göstermiştir. Membran reaktörlerin geleneksel yakıt işlemcilerine oranla çok daha verimli olduğu gösterilmiştir.In recent years, even though use and development of resources such as solar energy, wind energy, geothermal energy, etc. increased; these resources are inadequate in meeting the increasing demand. According to recent research, hydrogen is used as an energy carrier that shows promise in generating clean and renewable energy. For this reason, comprehensive studies are carried out worldwide for the development of hydrogen production, transportation, storage and use of technology.Hydrogen production from natural gas to the present day is the most widely used industrial method. Although natural gas production rate changes by region, natural gas contains mainly methane and less ethane, butane, propane and carbon dioxide. Methane has the highest hydrogen/carbon (H/C) ratio among the fossil fuels. Hydrogen production from methane is carried out by reforming reaction. These reactions represent the first and most important step for converting natural gas to methane, hydrogen and other valuable chemicals.The topic of this thesis is: mathematical modeling of hydrogen production form methane by steam reforming method. In this thesis, mathematical model was developed for both fixed-bed reactors and fluidized-bed membrane reactors. In fuel processors, equilibrium temperature and concentrations were analyzed at different working conditions. The results show that, fuel processor efficiency is high at high air-fuel and steam-fuel ratios. The use of membrane reactors compared to conventional fuel processors have been shown to be much more efficient.