TK-4091 RESEARCH PROJECT 2
Design and Test of An Autothermal U-Type Reverse Flow Reactor
Group B.0910.3.33
Ivan Hadinata Rimbualam (13007028) and Junior Setiawan (13007054)
Advisors:
Dr. Yogi Wibisono Budhi
Dr. Yazid Bindar
ABSTRACT
Design and Test of An Autothermal U-Type Reverse Flow Reactor
Group B.0910.3.33
Ivan Hadinata Rimbualam (13007028) and Junior Setiawan (13007054)
Advisors:
Dr. Yogi Wibisono Budhi
Dr. Yazid Bindar
ABSTRACT
Methane is one of the greenhouse gases that has the global warming effect of 21 times higher than that of CO2. To reduce the harmness of methane, it is necessary to convert the methane into CO2. Converting methane into CO2 may reduce the global warming effect up to 87%.
The typical emission of methane has a low concentration (0,1–1%-v). Moreover, the methane oxidation only gives the adiabatic temperature rise about 200 – 300oC, which is not enough to activate the catalyst when the temperature of the feed gas is at ambient. Therefore, we should find another way to create an autothermal condition.
The lean methane may be oxidized in a reverse flow reactor (RFR), which may exclude the preheater. In addition, the heat produced from the reaction can be trapped as thermal energy. But on the other side, the conventional RFR can cause the methane slip, which occurs when the fresh feed inside the inert compartment is replenished by the feed gas entering the reactor from opposite direction at every switching time.
The aim of this research is to design a new RFR configuration to prevent the methane slip. In addition, the effect of the feed flow rate and switching time on the methane conversion and temperature profile will be taken into consideration. This research is divided into two stages. The first stage is to design the new RFR configuration and the reactor’s dimension based on the design parameters. The second stage is to operate the new RFR to evaluate its performance and to obtain the optimum operating condition to reach the autothermal condition.
The experiment results show that the temperature profile inside the reactor is affected by heat generated from methane oxidation. Methane in 5%-v concentration and GHSV 12,38 s-1 can extend up to 60 minutes before extinguished. Moreover, higher feed flow rate can minimize the heat loss from the reactor, so that the autothermal condition is improved. When heater is still on, higher switching time will lower the conversion. If the heater is excluded, highest conversion of methane will be achieved when the switching time is 25 minutes.
Keywords: autothermal reaction, dynamic reactor, methane oxidation, switching time
The typical emission of methane has a low concentration (0,1–1%-v). Moreover, the methane oxidation only gives the adiabatic temperature rise about 200 – 300oC, which is not enough to activate the catalyst when the temperature of the feed gas is at ambient. Therefore, we should find another way to create an autothermal condition.
The lean methane may be oxidized in a reverse flow reactor (RFR), which may exclude the preheater. In addition, the heat produced from the reaction can be trapped as thermal energy. But on the other side, the conventional RFR can cause the methane slip, which occurs when the fresh feed inside the inert compartment is replenished by the feed gas entering the reactor from opposite direction at every switching time.
The aim of this research is to design a new RFR configuration to prevent the methane slip. In addition, the effect of the feed flow rate and switching time on the methane conversion and temperature profile will be taken into consideration. This research is divided into two stages. The first stage is to design the new RFR configuration and the reactor’s dimension based on the design parameters. The second stage is to operate the new RFR to evaluate its performance and to obtain the optimum operating condition to reach the autothermal condition.
The experiment results show that the temperature profile inside the reactor is affected by heat generated from methane oxidation. Methane in 5%-v concentration and GHSV 12,38 s-1 can extend up to 60 minutes before extinguished. Moreover, higher feed flow rate can minimize the heat loss from the reactor, so that the autothermal condition is improved. When heater is still on, higher switching time will lower the conversion. If the heater is excluded, highest conversion of methane will be achieved when the switching time is 25 minutes.
Keywords: autothermal reaction, dynamic reactor, methane oxidation, switching time
TK-4091 PENELITIAN TEKNOLOGI KIMIA 2
Perancangan dan Uji Coba Sifat Ototermal pada Reverse Flow Reactor Tipe U
Kelompok B.0910.3.33
Ivan Hadinata Rimbualam (13007028) dan Junior Setiawan (13007054)
Pembimbing:
Dr. Yogi Wibisono Budhi
Dr. Yazid Bindar
ABSTRAK
Metana merupakan gas rumah kaca yang memiliki potensi pemanasan global 21 kali lebih tinggi dibandingkan CO2. Untuk mengurangi bahaya tersebut, metana perlu dikonversikan menjadi CO2. Konversi metana menjadi CO2 dapat menurunkan pengaruh pemanasan global sebesar 87%.
Sumber emisi gas metana berasal dari industri batubara, minyak bumi, dan gas alam. Emisi gas metana umumnya memiliki konsentrasi yang rendah (0,1–1%-v CH4). Pada konsentrasi tersebut, oksidasi metana hanya menghasilkan peningkatan temperatur adiabatis sebesar 200 – 300oC. Jika emisi gas metana berada pada temperatur 25oC, temperatur tersebut tidak cukup untuk mengaktivasi katalis yang digunakan, sehingga perlu dicari cara lain agar reaksi oksidasi berlangsung secara ototermal.
Untuk menciptakan keadaan ototermal, oksidasi metana dilangsungkan dalam sebuah reaktor aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor/RFR). Dengan menggunakan RFR, pemanasan awal pada umpan metana tidak diperlukan lagi. Selain itu, panas yang dihasilkan juga dapat digunakan sebagai sumber energi. Akan tetapi, rancangan konvensional RFR dapat menyebabkan terjadinya methane slip, yaitu keluarnya metana yang belum teroksidasi dari dalam reaktor karena pembalikan arah aliran.
Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang konfigurasi baru RFR untuk mencegah terjadinya methane slip. Tujuan khusus adalah untuk menguji coba pengaruh laju alir dan switching time terhadap konsentrasi keluaran metana serta keadaan ototermal yang dicapai. Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap. Tahap pertama adalah perancangan dimensi RFR berdasarkan parameter-parameter perancangan reaktor. Tahap kedua adalah tahap uji coba RFR untuk mendapatkan kondisi operasi optimum untuk mencapai keadaan ototermal.
Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh reaksi terhadap lama pemadaman reaktor. Panas yang dihasilkan reaksi dengan konsentrasi umpan 5%-v dan GSHV 12,38 s-1 mampu memperlama waktu pemadaman reaktor selama 60 menit jika dibandingkan dengan sistem tanpa reaksi. Selain itu, laju alir gas yang semakin besar juga memperkecil efek heat loss sehingga keadaan ototermal makin mudah dicapai. Pada saat heater masih menyala, konversi metana akan berkurang jika switching time diperbesar. Sedangkan setelah heater dimatikan 15 menit, konversi tertinggi dicapai pada switching time 25 menit.
Kata kunci: oksidasi metana, reaksi ototermal, reaktor dinamik, switching time
Sumber emisi gas metana berasal dari industri batubara, minyak bumi, dan gas alam. Emisi gas metana umumnya memiliki konsentrasi yang rendah (0,1–1%-v CH4). Pada konsentrasi tersebut, oksidasi metana hanya menghasilkan peningkatan temperatur adiabatis sebesar 200 – 300oC. Jika emisi gas metana berada pada temperatur 25oC, temperatur tersebut tidak cukup untuk mengaktivasi katalis yang digunakan, sehingga perlu dicari cara lain agar reaksi oksidasi berlangsung secara ototermal.
Untuk menciptakan keadaan ototermal, oksidasi metana dilangsungkan dalam sebuah reaktor aliran bolak-balik (Reverse Flow Reactor/RFR). Dengan menggunakan RFR, pemanasan awal pada umpan metana tidak diperlukan lagi. Selain itu, panas yang dihasilkan juga dapat digunakan sebagai sumber energi. Akan tetapi, rancangan konvensional RFR dapat menyebabkan terjadinya methane slip, yaitu keluarnya metana yang belum teroksidasi dari dalam reaktor karena pembalikan arah aliran.
Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang konfigurasi baru RFR untuk mencegah terjadinya methane slip. Tujuan khusus adalah untuk menguji coba pengaruh laju alir dan switching time terhadap konsentrasi keluaran metana serta keadaan ototermal yang dicapai. Penelitian ini dilakukan dalam 2 tahap. Tahap pertama adalah perancangan dimensi RFR berdasarkan parameter-parameter perancangan reaktor. Tahap kedua adalah tahap uji coba RFR untuk mendapatkan kondisi operasi optimum untuk mencapai keadaan ototermal.
Hasil penelitian menunjukkan adanya pengaruh reaksi terhadap lama pemadaman reaktor. Panas yang dihasilkan reaksi dengan konsentrasi umpan 5%-v dan GSHV 12,38 s-1 mampu memperlama waktu pemadaman reaktor selama 60 menit jika dibandingkan dengan sistem tanpa reaksi. Selain itu, laju alir gas yang semakin besar juga memperkecil efek heat loss sehingga keadaan ototermal makin mudah dicapai. Pada saat heater masih menyala, konversi metana akan berkurang jika switching time diperbesar. Sedangkan setelah heater dimatikan 15 menit, konversi tertinggi dicapai pada switching time 25 menit.
Kata kunci: oksidasi metana, reaksi ototermal, reaktor dinamik, switching time
