L'objectiu d'aquest treball es dissenyar un reactor per a la descomposició d'amoníac en hidrogen i nitrogen, fent us de un material catalitzador. L'anterior per alimentar amb hidrogen una cel·la de combustible de 150 W. Addicionalment, es considera la fabricació de la malla catalitica dissenyada (part interna que esta en contacte amb fluid, on succeeix la reacció) mitjançant la impressió 3D.
El material catalític considerat és Ni-Ru / CeO2 amb un 2.5% de níquel i un 0.5% de ruteni i la taxa de reacció utilitzada ésta determinada per Lucentini, García Colli, et al. (2021).
El disseny, la modelació i la simulació numèrica dels reactors catalític han estat realitzades mitjançant el software COMSOL Multiphysics®. En la primera secció de l'estudi, es simula el reactor amb diferents paràmetres geomètrics, per a determinar el seu efecte en el conjunt. A la segona part, es dissenya el reactor òptim, d'acord amb la geometria definida i s’analitzar la mecànica de fluids, transferència de massa, i de calor. A l'última secció es realitza una exploració de configuracions geomètriques alternatives per a comparar el rendiment dels reactors.
El disseny òptim és un reactor de 30 mm de diàmetre i 15 mm de longitud, el qual és capaç de convertir un flux d'amoníac de 53.15 g / h completament . A més, el reactor ha d'operar a una temperatura de 600 °C a la paret i el flux d’entrada ha de ser pre-escalfat a 500 °C. El objetivo de este trabajo corresponde al diseño de un reactor para la descomposición de amoniaco en hidrógeno y nitrógeno, utilizando un material catalizador. Lo anterior para alimentar con hidrogeno una celda de combustible de 150 W. Adicionalmente, el diseño de la malla catalítica (parte interna en contacto con fluido, donde la reacción sucede) considera su manufactura mediante impresión 3D.
El material catalítico considerado es Ni-Ru/CeO2 con 2.5% de níquel y 0.5% de rutenio y la tasa de reacción utilizada es la determina por Lucentini, García Colli, et al. (2021).
Han sido realizados el diseño, modelación y simulación numérica de reactores catalíticos usando COMSOL Multiphysics®. En la primera sección del estudio, reactores con diferentes parámetros geométricos fueron simulados, para determinar su efecto en el desempeño del reactor. En la segunda parte, se diseñó el reactor óptimo de acuerdo con la geometría definida y se analizó la mecánica de fluidos, transferencia de masa y calor. En la última sección se realizó una exploración de otras configuraciones geométricas para comparar el rendimiento de los reactores.
El diseño optimo es un rector de 30 mm de diámetro y un largo de 15 mm, el cual es capaz de convertir totalmente un flujo de amoniaco de 53.15 g/h. Además, el reactor debe operar a una temperatura de pared de 600°C y el flujo entrante debe ser precalentado a 500°C.The objective of this work corresponds to the design of a catalytic reactor for ammonia decomposition into hydrogen and nitrogen, using a catalyst material. This for feed with hydrogen a fuel cell of 150W. Additionally, the design of the catalytic grid (internal part in touch with the fluid, where the reaction occurs) considers it manufacturing using 3D printing technology.
The catalytic material considered is Ni-Ru/CeO2 with 2.5% of nickel and 0.5% of ruthenium and the reaction rate utilized is the one determined by Lucentini, García Colli, et al. (2021).
Have been done the design, modelling and numerical simulation of catalytic reactors using COMSOL Multiphysics®. In the first part of the study, reactors with different geometrical parameters were simulated, to determine its effect on the reactor performance. In the second part, a optimal reactor was design according to the geometry defined and its fluid mechanics, heat and mass transfers. In the last section, an exploration of others geometrical configurations was done to compare the performance of the reactors.
The optimal design is a 30 mm diameter reactor and a length of 15 mm, which can totally convert an ammonia flow of 53.15 g/h. Besides, the reactor must operate at 600°C at the wall and the entering flow must be pre-heated at 500°C
