CFD Simulation of Catalytic Methanation with a Conic Shape of the Reactor Bed

Abstract

[ES] Se ha desarrollado un rector de lecho fijo para la metanación catalítica del CO2 en el departamento de procesos energéticos de la Universidad de Erlangen-Núremberg (FAU). Este reactor tiene como objetivo conseguir a la vez una metanación catalítica eficiente, así como la hidrogenación del alquitrán del carbón que se forma en el proceso. Para conseguir esto, es necesario un perfil térmico con temperaturas suficientemente elevadas, pero que no superen el máximo permitido por el catalizador, y que no sea deamasiado bajo por razones de la cinética química, este perfil tiene que tener una distribución amplia, estable y uniforme a través de todo el reactor. Con objeto a la contribución y la realización del reactor, en esta investigación se ha simulado computacionalmente 3 escenarios diferentes propuestos en el que se ha cambiado la geometría, el coeficiente de transmisión de calor, y finalmente la velocidad de reacción. Los resultados presentados muestran diferentes comportamientos diferentes y se sacan unos conclusiones muy útiles que podrían ayudar a una mejor investigación futura. La investigación se ha llevado a cabo principalmente con herramientas computacionales como ansys FLUENT, ansys ICEM, y CATIA V5. Por otro lado la teoría aprendida se ha adquirido principalmente a través de artículos ciéntificos que se citan en la tesis.

[EN] A fixed-bed reactor for the catalytic methanation of CO2 has been developed at the Department of Energy Processes of the University of Erlangen-Nuremberg (FAU). This reactor aims to achieve both efficient catalytic methanation as well as hydrogenation of the coal tar formed in the process. To achieve this, it is necessary to have a thermal profile with temperatures sufficiently high, but not exceeding the maximum allowed by the catalyst, and not too low for reasons of chemical kinetics, this profile must have a wide, stable and uniform distribution throughout the reactor. In order to contribute to the realization of the reactor, in this research we have computationally simulated 3 different scenarios proposed in which we have changed the geometry, the heat transfer coefficient, and finally the reaction rate. The results presented show different behaviors and some very useful conclusions are drawn that could help to improve future research. The research has been carried out mainly with computational tools such as ansys FLUENT, ansys ICEM, and CATIA V5. On the other hand, the theory learned has been acquired mainly through scientific articles that are cited in the thesis.