The heat exchanger using the catalytic combustion can be applied to petrochemical processes and to VOC incineration facilities. In this work, the experiment for a new fin typed catalytic heat exchanger was conducted. Catalysts for the heat exchanger were determined by testing their catalytic activities over LPG in a micro-reactor. Based on experimental results of the fin typed catalytic heat exchanger, a small scaled heat exchange system was made to test its feasibility as a reboiler used in petrochemical processes. The results showed that the catalytic heat exchanger could combust off-gases effectively and at the same time could recover completely heat produced by catalytic combustion.
The catalytic heat exchanger was designed which employs the regenerative preheating system of combustion air. The characteristics of the catalytic heat exchanger have been experimentally studied at the various operating parameters. The results showed that the mixture velocity did not affect significantly the performance of catalytic combustor whereas the preheating temperature of combustion air affected significantly the conversion rate. The complete conversion was achieved in the catalyzed honeycomb at a preheating temperature of $370-390^{\circ}C$, a mixture velocity of 0.53 $^{\sim}$ 0.75 m/s and an equivalence ratio of 0.19 $^{\sim}$ 0.27. The heat exchange efficiency of the catalytic heat exchanger appeared to be about 75 % when the air of room temperature was used as a working fluid. The results showed that both the heat balance of the system and the mixture conditions determine its stable catalytic combustion.
The catalytic heat exchanger, which integrates two functions of heat generation and heat exchange into one equipment, was designed and its characteristics were investigated by the experiment and numerical simulation. The surface of the fin tube was deposited with Pd catalyst. The conversion of the mixture in the catalytic heat exchanger was more significantly affected by the inlet velocity of the mixture than by the inlet temperature and equivalence ratio of the mixture. It was found that the catalytic surface area of the fin tubes should be sufficiently increased to make the combustion intensity of the catalytic heat exchanger as high as possible. Results showed that the fin tubes, placed in the triangularly staggered form, should be adjusted so that the mixture flows uniformly over all the catalytic fin surfaces. Numerical simulation results demonstrated that the flow pattern of the mixture significantly affected the conversion of the mixture.
The catalytic heat exchanger, which integrates two functions of heat generation and heat exchange into one equipment, was designed and its characteristics were investigated by experiments. The surface of the fin tube was deposited with Pd catalyst. The conversion of the mixture in the catalytic heat exchanger was more significantly affected by the inlet velocity of the mixture than by the inlet temperature and equivalence ratio of the mixture. It was found that the catalytic surface area of the fin tubes should be sufficiently increased to make the combustion intensity of the catalytic heat exchanger as high as possible. Results showed that the fin tubes, placed in the triangularly staggered form, should be adjusted so that the mixture flows uniformly over all the catalytic fin surfaces.
Close-coupled catalyst (CCC) can reduce the engine cold-start emissions by utilizing the energy in the exhaust gas. However, in case the engine is operated at high engine speed and load condition, the catalytic converter may be damaged and eventually deactivated by thermal aging. Excess fuel is sometimes supplied intentionally to lower the exhaust gas temperature avoiding the thermal aging. This sacrifices the fuel economy and exhaust emissions. This paper describes the results of an exhaust heat exchanger to lower the exhaust gas temperature mainly under high load conditions. The heat exchanger was installed between the exhaust manifold and the inlet of close-coupled catalytic converter. The exhaust heat exchanger successfully decreased the exhaust gas temperature, which eliminated the requirement of fuel enrichment under high load conditions. However, the cooling of the exhaust gas through the heat exchanger may cause the deterioration of exhaust emissions at cold start due to the increment of catalyst light-off time.
Catalytic combustion known as one of the traditional oxidation methods of VOC gas is restricted to its applicable fields because of its reaction characteristics. But recently innovative improvement of catalytic endurance makes its applicable range broader from MEMs to industrial power generation. Therefore, control technologies based on the catalytic combustion characteristics are researched and developed dynamically. Especially, the stable control of catalytic combustion is an essential factor in a view of maximizing its efficiency. In this research, the fuel equivalence ratio and the preheating temperature of mixture gas is controlled by catalytic combustion system enhanced in heat transfer with high temperature heat exchanger. As a result, the combustion characteristics of system was investigated, and both passive and active control type were compared and analyzed.
Catalytic combustor with heat exchangers are often employed in process technology where a compact design is required [1]. The use of fin and tube heat exchanger offers the enhanced surface area for heat exchange. The recent progress and performance of the fin-tube heat exchanger, especially airside, has been reviewed extensively by Wang[2].(Omitted)
This paper conducted a study on the ortho-para hydrogen conversion in the cryogenic heat exchanger filled with catalysts for hydrogen liquefaction by utilizing the numerical model of plate-fin heat exchanger considering catalytic reaction of ortho-para hydrogen conversion, heat and mass transfer phenomena and fluid dynamics in a porous medium. Various numerical analyzes were performed to investigate the characteristics of ortho-para hydrogen conversion, the effects of space velocity and activated catalyst performance.
Catalytic combustion known as one of the traditional oxidation methods of VOC gas is restricted to its applicable fields because of its reaction characteristics. But recently innovative improvement of catalytic endurance makes its applicable range broader from MEMs to industrial power generation. Therefore, control technologies based on the catalytic combustion characteristics are researched and developed dynamically. Especially, the stable control of catalytic combustion is an essential factor in a view of maximizing its efficiency. In this research, the fuel equivalence ratio and the preheating temperature of mixture gas is controlled by catalytic combustion system enhanced in heat transfer with high temperature heat exchanger. As a result the combustion characteristics of system was investigated, and both passive and active control type were compared and analyzed.
촉매연소의 응용기기 개발을 위한 연구의 일환으로, 촉매연소가 도입된 열교환기에 대한 연소특성을 분석하였다. 정상상태에서 촉매연소를 이용한 혼합가스의 예열과 가열매체에 대한 열 공급이 동시에 이루어지도록 장치를 구성하고, 특성실험을 수행하였다. 혼합가스의 예열온도, 유속, 당량비 등에 대한 연소특성을 분석하고, 촉매 층의 온도분포에 따른 연소특성도 살펴보았다. 제한된 온도범위 내에서 연소반응이 정상상태에 도달되는 것은 촉매연소 기기 개발에 매우 중용한 요소이며, 이를 위해서 혼합가스의 예열온도, 유속 당량비 등이 일정한 범위에서 제어되어야 하고, 촉매 층의 열평형이 이루어져야 됨을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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