Advanced

Evaluation of an adiabatic pre-reactor concept for methanol oxidation

Olsson, Lukas LU (2017) KET920 20171
Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract
A pre-adiabatic reactor concept for catalytic methanol oxidation was investigated. The reason was the possibilities of a reduced catalyst reloading time and reduced deflagration risk. An adiabatic reactor pilot was constructed. Trials were performed to confirm that the pilot was running at an adiabatic state. Information about the pilot pressure drop, temperature profile and outlet composition was gathered at varying inlet temperatures and space velocities. The pressure drop of the reactor was primarily affected by the space velocity, but was always low enough for operation to be possible. The composition of the by-products, carbon monoxide, dimethyl ether, methyl formate and dimethoxymethane, produced during reaction were af-fected by the... (More)
A pre-adiabatic reactor concept for catalytic methanol oxidation was investigated. The reason was the possibilities of a reduced catalyst reloading time and reduced deflagration risk. An adiabatic reactor pilot was constructed. Trials were performed to confirm that the pilot was running at an adiabatic state. Information about the pilot pressure drop, temperature profile and outlet composition was gathered at varying inlet temperatures and space velocities. The pressure drop of the reactor was primarily affected by the space velocity, but was always low enough for operation to be possible. The composition of the by-products, carbon monoxide, dimethyl ether, methyl formate and dimethoxymethane, produced during reaction were af-fected by the space velocity and inlet temperature in different ways. The CO increased linear-ly with inlet temperature, without a drop of point, while the rest of the by-products hade a maximum concentration and selectivity point. A conversion target of 70 % for methanol was set. This target was only obtained by the lowest space velocities, and highest inlet tempera-tures. The temperature profile exceeded the catalyst normal operating temperatures for several of the inlet temperatures, and space velocities investigated. This is something that could result in accelerated catalyst deactivation. It is believed that an increase in methanol inlet concentra-tion to the adiabatic reactor would result in better conversion of methanol, while however also increasing the formation of by-products. The pre-adiabatic reactor concept turns out to possi-bly be a viable option. Although, more trials would have to be performed in order to defini-tively confirm this. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Formaldehyd är en kemikalie som används till allt möjligt. I första hand används den som en råvara till andra kemiska fabriker, men kan också användas för att göra olika typer av laminater. Johnson Matthey Formox är ett företag som utvecklar och säljer fabriker som producerar formaldehyd. Formaldehyd skapas när metanol reagerar med syre under specifika situationer.
Formox har gjort många utvecklingar genom åren som har gjort processen mer och mer effektiv. Med alla förbättringar har det blivit svårare och svårare att göra förbättringar i processen. Därför ville Formox prova mer radikala förändringar i sin process för att få en större förbättring. Reaktorn som Formox använder för att producera Formaldehyd kyls med hjälp av olja. Formox... (More)
Formaldehyd är en kemikalie som används till allt möjligt. I första hand används den som en råvara till andra kemiska fabriker, men kan också användas för att göra olika typer av laminater. Johnson Matthey Formox är ett företag som utvecklar och säljer fabriker som producerar formaldehyd. Formaldehyd skapas när metanol reagerar med syre under specifika situationer.
Formox har gjort många utvecklingar genom åren som har gjort processen mer och mer effektiv. Med alla förbättringar har det blivit svårare och svårare att göra förbättringar i processen. Därför ville Formox prova mer radikala förändringar i sin process för att få en större förbättring. Reaktorn som Formox använder för att producera Formaldehyd kyls med hjälp av olja. Formox ville se vad som händer om de istället bygger en reaktor som varken blir kyld eller värmd, en så kallad adiabatisk reaktor. Formox reaktor är sen så kallad katalytisk reaktor. Det betyder att reaktorn är fylld med massvis att katalysator. Katalysatorerna gör att reaktionen går mycket fortare.
En miniatyr av en fabrik byggdes där reaktorn var av adiabatisk typ. Man ville se hur mängden metanol som reagerar och hur mängden Formaldehyd man får ut påverkas av temperaturen in i reaktorn. Det gjordes också experiment där hastigheten som metanolen och syret åkte igenom reaktorn för att se hur detta påverkar, mängden metanol som reagerar.
Det visade sig att för att få tillräckligt mycket metanol att reagera behövdes högre temperaturer än Formox använder i sin oljekylda reaktor. Hastigheten metanolen och syret åkte igenom reaktorn med behövde också vara lågt för att få tillräckligt mycket att reagera. Den höga temperaturen gjorde att reaktorn blev väldigt varm. Den höga temperaturen kan i det långa loppet katalysatorn och leda till att men oftare måste stänga reaktorn för att byta ut katalysatorn mot nya fräscha katalysatorer.
Man kan säga att en adiabatisk reaktor kan fungera som ett alternativ till den oljekylda reaktorn. Det man måste lösa är hur man kan få tillräckligt mycket metanol att reagera samtidigt som man undviker att reaktorn blir för varm. Mer tester måste göras för att få svar på detta. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Olsson, Lukas LU
supervisor
organization
course
KET920 20171
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Formaldehyde, Catalyst, Adiabatic, Reactor, Methanol oxidation, Chemical engineering, Kemiteknik
language
English
id
8918695
date added to LUP
2017-07-13 11:02:43
date last changed
2017-07-13 11:02:43
@misc{8918695,
  abstract     = {A pre-adiabatic reactor concept for catalytic methanol oxidation was investigated. The reason was the possibilities of a reduced catalyst reloading time and reduced deflagration risk. An adiabatic reactor pilot was constructed. Trials were performed to confirm that the pilot was running at an adiabatic state. Information about the pilot pressure drop, temperature profile and outlet composition was gathered at varying inlet temperatures and space velocities. The pressure drop of the reactor was primarily affected by the space velocity, but was always low enough for operation to be possible. The composition of the by-products, carbon monoxide, dimethyl ether, methyl formate and dimethoxymethane, produced during reaction were af-fected by the space velocity and inlet temperature in different ways. The CO increased linear-ly with inlet temperature, without a drop of point, while the rest of the by-products hade a maximum concentration and selectivity point. A conversion target of 70 % for methanol was set. This target was only obtained by the lowest space velocities, and highest inlet tempera-tures. The temperature profile exceeded the catalyst normal operating temperatures for several of the inlet temperatures, and space velocities investigated. This is something that could result in accelerated catalyst deactivation. It is believed that an increase in methanol inlet concentra-tion to the adiabatic reactor would result in better conversion of methanol, while however also increasing the formation of by-products. The pre-adiabatic reactor concept turns out to possi-bly be a viable option. Although, more trials would have to be performed in order to defini-tively confirm this.},
  author       = {Olsson, Lukas},
  keyword      = {Formaldehyde,Catalyst,Adiabatic,Reactor,Methanol oxidation,Chemical engineering,Kemiteknik},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Evaluation of an adiabatic pre-reactor concept for methanol oxidation},
  year         = {2017},
}