Modellering av katalytisk oxidation av metan över atmosfärstryck

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Modellering av katalytisk oxidation av metan över atmosfärstryck"

Gösta Lundberg
för 5 år sedan
Visningar:

Kompetenscentrum för katalys, Chalmers, Göteborg

1 Modellering av katalytisk oxidation av metan över atmosfärstryck Doktorand: Carl-Robert Florén Kompetenscentrum för katalys, Chalmers, Göteborg Projektnummer: Start: Oktober 2015 Slut: Januari /27/2017

2 Varför metanoxidering? Produktion av naturgas Källa: BP Global, BP Statistical Review of World Energy June /27/2017 Chalmers 2

3 Varför metanoxidering? Produktion av naturgas Källa: BP Global, BP Statistical Review of World Energy June 2017 MARPOL (Marine pollution prevention) MARPOL bilaga Regleringar för att motverka förorening från Aktiv sedan Bilaga I.. olja 1983 Bilaga II.. skadliga flytande ämnen 1983 Bilaga III.. skadliga ämnen som transporteras över sjö och hav 1992 Bilaga IV.. avlopp från fartyg 2003 Bilaga V.. avfall från fartyg 1988 Bilaga VI.. luftföroreningar från fartyg 2005 Källa: International Convention for the Prevention of Pollution from Ships (MARPOL), International Maritime Organization (IMO) 9/27/2017 Chalmers 3

4 Varför metanoxidering? SECA (Sulphur Emission Control Area) - idag max 0,1 vikts-% svavel i bränslet Källa: Gas Infrastructure Europe, 2011, ÅF, 2011, Gasnor, Gazprom 9/27/2017 Chalmers 4

5 Varför metanoxidering? - LNG en stark konkurrent i norra Europa - Norge är idag den största användaren av LNG-drivna fartyg (G-M. Wuersig, A. Chiotopoulos, S. Adams, Editors, LNG as ship fuel, DVN GL, Report number: 1, 2015) 9/27/2017 Chalmers 5

drift per fartygstyp 23 17 4 4 4 1 1 3 5 1

6 Varför metanoxidering? Antal LNG-drivna fartyg i drift per fartygstyp MF Glutra (Färja) MS Stavangerfjord & MS Bergenfjord (Kryssningsfartyg) Viking Energy (PSV) Seagas (LNG bunkerfartyg) (G-M. Wuersig, A. Chiotopoulos, S. Adams, Editors, LNG as ship fuel, DVN GL, Report number: 1, 2015) 9/27/2017 Chalmers 6

7 Katalytisk oxidation av metan Frågeställning: Kan en katalysator för metanoxidering placeras uppströms en turbin för att använda det högre trycket till vår fördel? Katalysator P 1 P 2 Turbin Över en turbin: P 1 > P 2 Dessutom kan denna placering spara på utrymmet, som är begränsat, ombord på fartyget 9/27/2017 Chalmers 7

stabilitet) Mikrokinetiken bestämd via Transition State Theory med

8 Modellering av metanoxidation Geometri: Monolit (vanligt funnen ombord på fordon) Aktivt material (katalysator) Substrat (mekanisk stabilitet) Mikrokinetiken bestämd via Transition State Theory med > 80 elementärsteg och 43 olika möjliga ytspecier 9/27/2017 Chalmers 8

9 Aktivitet över 2 vikts-% Pd/Al 2 O 3 Sammansättning av gasfas: 1000 ppm CH 4 10% O 2 5% CO 2 5% H 2 O 9/27/2017 Chalmers 9

10 Aktivitet över 2 vikts-% Pd/Al 2 O 3 Sammansättning av gasfas: 1000 ppm CH 4 10% O 2 5% CO 2 5% H 2 O 9/27/2017 Chalmers 10

11 Aktivitet över 2 vikts-% Pd/Al 2 O 3 Sammansättning av gasfas: 1000 ppm CH 4 10% O 2 5% CO 2 5% H 2 O 9/27/2017 Chalmers 11

12 Varför dessa temperaturregimer? Illustration: fullständig täckning av vatten på en katalysatoryta 9/27/2017 Chalmers 12

13 Varför dessa temperaturregimer? Illustration: fullständig täckning av vatten på en katalysatoryta 9/27/2017 Chalmers 13

14 Varför dessa temperaturregimer? Illustration: fullständig täckning av vatten på en katalysatoryta Figur a-b En hög täckning av bikarbonat och vatten hindrar metan från att disociera vid låga temperaturer Figur c En aktiva ytan är som renast vid höga temperature och låga totaltryck 9/27/2017 Chalmers 14

15 Intern och extern masstransport Jämföra tidskonstanterna för masstransport och reaktion: Ett mått på deras signifikans Tidskonstanter t wc - tid för intern diffusion t d tid för extern diffusion t r - reaktionstid 9/27/2017 Chalmers 15

Intern och extern masstransport Jämföra tidskonstanterna för masstransport och reaktion: Ett mått på deras signifikans Signifikans Intern masstransport t

16 Intern och extern masstransport Jämföra tidskonstanterna för masstransport och reaktion: Ett mått på deras signifikans Signifikans Intern masstransport t wc / t r Tidskonstanter t wc - tid för intern diffusion t d tid för extern diffusion t r - reaktionstid Extern masstransport t d / t r 9/27/2017 Chalmers 16

17 Så vad betyder det för oss? Först när vi vet vad som begränsar systemet kan vi undersöka hur vi kan förbättra det Vid starka interna transport motstånd i katalysatorn optimera designen och tillverkningen av katalysatorn långsam kinetic nya material, aktivare katalysator? 9/27/2017 Chalmers 17

18 Handledare Magnus Skoglundh Per-Anders Carlsson Derek Creaser Henrik Grönbeck Första principen-modellering Maxime Van den Bossche Acknowledgements The Competence Centre for Catalysis is hosted by Chalmers University of Technology and financially supported by the Swedish Energy Agency and the member companies AB Volvo, ECAPS AB, Haldor Topsøe A/S, Scania CV AB, Volvo Car Corporation AB, and Wärtsilä Finland Oy.

Relevanta dokument

SSPA. LNG ETT NYTT BRÄNSLE FÖR SJÖFARTEN. Johan Gahnström

SSPA. LNG ETT NYTT BRÄNSLE FÖR SJÖFARTEN Johan Gahnström SSPA SSPA bildades 1940 som Statens Skeppsprovningsanstalt Ägs idag av Stiftelsen Chalmers Tekniska Högskola (vi är alltså dotterbolag till Universitetet)