Entwicklung des Katalysatorbetts in einem Flachbettreaktor zur CO₂‐Methanisierung

Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt einen Entwicklungsschritt eines neuartigen Flachbettreaktors zur CO2‐Methanisierung sowie eine CFD‐basierte Methode, die zur Entwicklung und Optimierung von Reaktoren angewendet werden kann, vor. Der Entwicklungsschritt umfasst die Konstruktion des Katalysatorbetts im Flachbettreaktor, in das ein reiner stöchiometrischer Feed zugeführt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass ein hoher CO2‐Umsatz (92,9 %) und ein kleiner Temperaturanstieg im Katalysatorbett (12,4 °C) mit einer Anordnung des Katalysatorbetts erzielt werden können. Der Wärmefluss erreicht 1924 W m−2 im Hotspot‐Bereich.

3D CFD Simulation of Reaction Cells, Cooling Cells, and Manifolds of a Flatbed Reactor for CO2 Methanation

“…A maximum of 4 % of the adiabatic temperature rise was set as goal for ΔT RC . In [16], 2.7 % of the adiabatic temperature rise was obtained. However, no flow distribution was considered in the work.…”

“…The reaction cells contain cylindrical catalysts, which are arranged in parallel as a flatbed. The arrangement was determined in [16]. The flow path of the process gas in the reaction cells is of the Z type [20].…”

“…Decreasing W s enhances heat transfer in the cooling cell. Heat transfer in the reaction cell was investigated in [16]. If the results meet the goals, the geometry is optimized.…”

“…A pure stoichiometric process gas was set in the inlets of the reaction cell and one reactor inlet manifold. The mass flow of process gas was determined in [16]. The mass flow of the coolant was calculated so that the temperature of the coolant rises by a maximum of 0.1°C, from a thermodynamic point of view.…”