多孔質水素分離膜を用いたメタン改質の膜型反応シミュレーション Simulation of Catalytic Membrane Reaction for Methane Reforming Using a Microporous Hydrogen Separation Membrane

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抄録

水素選択透過性を有する多孔質分離膜を用いた膜型反応によるメタン水蒸気改質反応のモデル化を行い, 膜透過選択性, Damkohler数<i>D</i><SUB>a</SUB>(=反応速度/原料供給速度)およびPermeation数θ(=透過速度/原料供給速度)に対するメタン反応率, 水素収率の依存性を検討した. 水素選択性はメタン反応率および水素収率には大きな影響を与えないものの, 水素選択性が高いほど高純度水素を得ることができる. さらに, 原料ガスに酸素を加えた改質反応, および, 膜非透過ガスの酸素燃焼を考慮した熱収支の計算を行った. 膜反応器の非透過流を酸素燃焼させた場合, 水蒸気改質の場合でメタン反応率0.65程度, 酸素を添加した場合は酸素メタン供給比に依存しているものの, メタン反応率0.7-0.8において系全体が熱的に自立可能となることを示した.

The steam reforming of methane with addition of a small amount of oxygen was simulated in a co-current, isothermal and plug-flow-type membrane reactor with selective permeation of hydrogen. The effect of operating conditions on the conversion of methane and the permeated hydrogen yield was investigated using two dimensionless numbers, the Damkohler number and the permeation number, θ. Methane conversion, <i>X</i><SUB>CH<SUB>4</SUB></SUB>, shows approximately the same dependency on permeation number in terms of the permeability ratio of hydrogen to nitrogen, while hydrogen purity in the permeate increased with an increase in hydrogen selectivity. As for heat balance of the membrane reactor, the addition of oxygen, which generates heat of combustion, in feed at O/C of 0.3 to the endothermic steam-reforming reaction, is required to maintain the membrane reactor autothermal. For the case of heat-balance of membrane reactor system, which considers the heat balance of the membrane reactor and the heat of combustion of the retentate stream, the system can be autothermal for the case of methane conversion of 0.7-0.8.

収録刊行物

  • 化学工学論文集

    化学工学論文集 30(3), 346-352, 2004-05-20

    公益社団法人 化学工学会

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10013341611
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    6962826
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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