Modeling of ammonia synthesis in a wall-coated membrane microchannel reactor

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Boğaziçi Üniversitesi, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ, MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2023

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: EMRE KÜÇÜK

Danışman: AHMET KERİM AVCI

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Amonyak (NH3) sentezi; reaksiyon, soğutma, ve NH3 ayırma fonksiyonlarını aynı hacimde içeren mikro yapılı membran reaktörü (MR) içinde modellenmiştir. Önerilen membrane reaktörü, NH3 transferine karşı seçici, zirkonya ile desteklenmiş, ZnCl2 bazlı, sabitlenmiş eriyik tuz (IMS) membran ile ayrılan reaksiyon ve süpürme kanallarını içermektedir. H2 ve N2, demir bazlı katalizörle kaplanmış reaksiyon kanallarına beslenirken, süpürücü gaz olarak N2 kullanan süpürücü kanallar aynı zamanda reaksiyon sıcaklığını da düzenlemektedir. Aynı yerde soğutulan membran reaktör; kütle, momentum, enerji korunumu, katalizör tabakasındaki reaksiyon, ve sıcaklık stabilite limiti 623 K olan membran içinde gerçekleşen amonyak kütle transferi olaylarını hesaba katarak modellenmiştir. N2 süpürücü gazın molar akış hızının, H2/N2=3 iken H2+N2 molar akış hızından 50 kat fazla olduğu durumda, 613 K, 50 bar, ve 1.5e-03 m3 kgcat–1 s–1 şartlarında, membran reaktörü %47 N2 dönüşümü sağlayarak sırasıyla %40 olan ilgili termodinamik N2 dönüşüm bariyeri ve %13.5 olan membransız N2 dönüşümünü aşmıştır. Ekzotermik ısı yayılımına rağmen, eşyönlü olarak verilen akımlar 623 K altında operasyonu garanti etmiştir. Akış hızını ve H2/N2 oranını artırmak, giriş sıcaklığını ve basıncı düşürmek reaktör performansını düşürmektedir. Molar olarak 50'den aşağı seviyede süpürücü/reaktif karışım oranı kullanmak maksimum sıcaklık sınırının aşılmasına neden olmaktadır.