การปรับปรุงปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันในปั๊มความร้อนพลังงานเคมีชนิด ไอโซโพรพานอล/อะซิโตน/ไฮโดรเจน โดยใช้ระบบหอกลั่นเชิงปฏิกิริยา

Improvement of dehydrogenation reaction in isopropanol/acetone/hydrogen chemical heat pump using reactive distillation system

Name: วัชรา อุไรสกุล

ThaSH: อะซิโตน

ThaSH: การกลั่น

Abstract: ปั๊มความร้อนพลังงานเคมีนำหลักการของปฏิกิริยาเคมีผันกลับได้มาใช้ในการสร้างวัฏจักรเพื่อปรับปรุงคุณภาพความร้อนโดยการยกระดับอุณหภูมิ สำหรับระบบที่ศึกษาคือปั๊มความร้อนพลังงานเคมีชนิดไอโซโพรพานอล แอซีโทน และไฮโดรเจน เป็นระบบที่ดึงความร้อนเหลือทิ้งที่อุณหภูมิต่ำ (ประมาณ 80 - 90 องศาเซลเซียส) มาปรับปรุงให้ได้เป็นความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น (ประมาณ 200 องศาเซลเซียส) โดยผ่านปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันและไฮโดรจีเนชัน ตามลำดับ ในส่วนของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ซึ่งใช้ดึงความร้อนเหลือทิ้งมาใช้ในการทำปฏิกิริยาแต่ค่าการเปลี่ยนของปฏิกิริยา มีค่าต่ำเพียงร้อยละ 10 ที่สมดุลของปฏิกิริยา อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส ดังนั้นเพื่อเพิ่มค่าการเปลี่ยนของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน จึงใช้หอกลั่นเชิงปฏิกิริยา เพื่อผลักดันสมดุลของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันไปด้านหน้ามากขึ้น ในงานวิจัยนี้ศึกษาจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันของไอโซโพรพานอล โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นเรนีย์นิกเกิล ในระบบปั๊มความร้อนชนิดที่มีหอกลั่นเชิงปฏิกิริยา เพื่อศึกษาค่าคงที่อัตราเร็วของปฏิกิริยา พลังงานกระตุ้น ค่าคงที่และค่าความร้อนของการดูดซับแอซีโทนบนตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งศึกษาในหอกลั่นเชิงปฏิกิริยาในช่วงอุณหภูมิ 80, 70 และ 60 องศาเซลเซียส ได้ค่าดังนี้ ค่าคงที่อัตราเร็วของปฏิกิริยา 7.72E+8, 4.01E+8 และ 1.58E+8 โมล/กรัมตัวเร่งปฏิกิริยา/นาที พลังงานกระตุ้น 83,097 81,194 และ 78,193 จูล/โมล ค่าคงที่การดูดซับแอซีโทนบนตัวเร่งปฏิกิริยา 1.48E+15, 4.06E+19 และ 1.80E+21 ลิตร/โมล พลังงานการดูดซับแอซีโทนบนตัวเร่งปฏิกิริยา -130,405 -126,489 และ -92,335 จูล/โมล ตามลำดับ และศึกษาปัจจัยที่ส่งผลต่อค่าประสิทธิภาพของระบบปั๊มความร้อน โดยพิจารณาจาก ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ (COP) ค่าประสิทธิภาพเอ็กเซอร์จี (ƞ) และค่าประสิทธิภาพเอนทรานซี (G*) โดยศึกษาผ่านการจำลองทางคณิตศาสตร์โดยโปรแกรมทางการค้า ASPEN Plus พบว่า หอกลั่นเชิงปฏิกิริยาช่วยเพิ่มร้อยละการเปลี่ยนของปฏิกิริยา ดีไฮโดรจีเนชันจากร้อยละ 10 เป็น ร้อยละ 28 และสามารถเพิ่มร้อยละการเปลี่ยนของปฏิกิริยา ดีไฮโดรจีเนชันได้มากขึ้น โดยใช้ข้อมูลจากจลนพลศาสตร์ที่เหมาะสม การเพิ่มความดันที่เครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรจีเนชันเป็นพารามิเตอร์หลัก ที่ส่งผลให้ระบบมีค่าประสิทธิภาพสูงขึ้น

Abstract: The study of chemical heat pump employs the reversible chemical reaction to improve the efficiency of the waste heat utilization. Isopropanol/Acetone/Hydrogen chemical heat pump system is a system that retrieves energy from the low grade waste heat (about 80 - 90oC) and converts to the higher grade heat (about 200oC) via dehydrogenation and hydrogenation reactions, respectively. In dehydrogenation reaction zone, the endothermic reaction occurs and the low grade heat is consumed. The conversion at 80oC under equilibrium condition in this zone was very low approximately 10 percent. To increase this value the separation of the reactant and products would help the reaction moving forward and increase the conversion of the reaction. In this work, the kinetic of dehydrogenation reaction with Raney nickel for a reactive distillation was investigated. At 80, 70 and 60 oC, the rate constants are 0.72E+8, 4.01E+8 and 1.58E+8 mol/g.cat/min respectively. This activation energies are 83,097 81,194 and 78,193 J/mol with acetone equilibrium adsorption constants of 1.48E+15, 4.06E+19 and 1.80E+21 mol/g.cat/min. The heat of acetone adsorptions are -130,405 -126,489 and -92,335 J/mol respectively. The effects of various design parameters were investigated and expressed in terms of efficiencies such as COP, ƞ and G* using ASPEN plus simulator. From the simulation, the reactive distillation can increase dehydrogenation conversion from 10% to 28% and it could improve percent conversion if the proper design is conducted. Furthermore, it was found that inlet pressure of hydrogenation reactor has high impact on the system efficiency.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: พรพจน์ เปี่ยมสมบูรณ์

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2556

Modified: 2559-08-07

Issued: 2559-08-06

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีเชื้อเพลิง

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	watchara_ur.pdf	1.67 MB	5	2019-11-10 18:54:02

ใช้เวลา

-0.971434 วินาที