A fluidized bed membrane reactor for the steam reforming of methane

Authors

  • A. M. Adris,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada V6T 1Z4
    • Department of Chemical Engineering, University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada V6T 1Z4
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  • S. S. E. H. Elnashaie,

    1. Chemical Engineering Department, College of Engineering, King Saud University, P.O. Box 800, Riyadh, Saudi Arabia
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  • R. Hughes

    1. Department of Chemical and Gas Engineering, University of Salford, Salford, M5 4WT, England
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Abstract

In the present investigation a realistic two-phase model accounting for the change in the total number of moles accompanying the reaction is utilized to explore a novel reactor configuration suggested for the methane steam reforming process. The suggested design is basically a fluidized bed reactor equipped with a bundle of membrane tubes. These tubes remove the main product, hydrogen, from the reacting gas mixture and drive the reaction beyond its thermodynamic equilibrium. The proposed novel design is also equipped with sodium heat pipes which act as a thermal flux transformer to provide the large amount of heat needed by the endothermic reaction through a relatively small heat transfer surface, assuring better reactor compactness. Two options for fluid routing through the membrane tubes are proposed; each is suitable for a certain industrial application. The performance of this novel configuration is compared with that of an industrial fixed bed steam reformer and the comparison shows the potential advantages of the suggested configuration.

Abstract

Dans la présente étude, on utilise un modèle biphasique réaliste tenant compte du changement du nombre total de moles accompagnant la réaction, afin d'explorer une nouvelle configuration de réacteur proposée pour le procédé de reformage à la valeur du méthane. La conception proposée est en fait un réacteur à lit fluidisé muni d'un faisceau de tubes de membrane. Ces tubes déplacent le produit principal, l'hydrogene, du mélange du gaz de réaction et améne la réaction au-delà de son équilibre hydrodynamique. La nouvelle conception que nous proposons prévoit également des caloporteurs de sodium qui agissent comme transformateur du flux thermique afin de fournir l'importante quantité de chaleur nécessaire pour la réaction endotherme par une surface de transfert de chaleur relativement petite, ce qui assure une meiileure compacité du reacteur. Deux options sont proposées pour l'acheminement du fluide à travers les tubes de membrane; chacune de ces options convient à une application industrielle. On compare la performance de cette nouvelle configuration à celle d'un reformeur à vapeur à lit fixe industriel, et la comparaison montre les avantages potentiels de la configuration proposée.

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