AD ALTA 

 

JOURNAL OF INTERDISCIPLINARY RESEARCH

 

 

 

=

4.23×10

15

�

−240

�                                             (7) 

 

=2.00×10

6

�

−67.1

�   

 

       (8) 

 

,

=�

−26830

+30.114

�   

 

 

       (9) 

 

,

= (

4400

−4.036

)  

 

 

     (10) 

 

4

=6.65×10

−4

× (

38.28

)   

 

     (11) 

 

2

=1.77×10

5

×(

−88.68

 

     (12) 

 

2

=6.12×10

−9

× (

82.90

)  

 

     (13) 

 

=8.23×10

−5

× (

70.65

)  

 

     (14) 

 
3 Process description 

3.1 Hydrogen production process 
 
Generally, hydrogen production includes two major processes: 
steam methane reforming (SMR) and pressure swing adsorption 
(PSA). SMR and PSA processes can be categorized into six 
stages which are shown in Fig1. 

 

 
Figure 1: Overall scheme of hydrogen production system 
 
 
 
 

Figure 2: Steam methane reforming coupled with pressure swing 
adsorption process 

In Figure 2, the hydrogen production system, which includes 
SMR and PSA processes, is shown. After the temperature and 
pressure of S1 and S13 increased to 700°C and 1010 Kpa, the 
feed mixture enters the reformer which the reaction 1 takes 
place. Then, in order to have a higher hydrogen production rate, 
the syngas (S6) is transferred to water gas shift process (WGS). 
It includes the high and low temperature reactors (1010 Kpa, 
350°C and 200°C). In water removal stage, the S11 is cooled 
down to condensate the water. The water is separated from 
syngas in three stages. 
 
In the next step, syngas (S35) is transferred to the PSA process 
for purification which the reaction 3 takes place. In the PSA 
process, Calcium Oxide (CaO) sorbent is utilized to adsorb 
CO2. Therefore, pure hydrogen is separated in the flash tank. 
Finally, CO2- enriched sorbent is sent to desorption column. 
Heat exchangers 09 and 10 are used to calculate the heat of 
adsorption and desorption reactions. 
 
3.2 Simulation model 
 
The SMR process is simulated using the commercial simulator 
software PRO/II v9.4. In this simulation, Peng-Robinson 
equation of state is used as the thermodynamic method for fluid 
properties computations. Reformer and WGS reactors are 
assumed as conversion reactors in which the rate of conversion 
is determined via Equations 4 to 6. Heat exchangers are counter-
current type, and formulated using the pinch analysis and 
specified minimum temperature approach. It is also assumed 
that there is no heat loss within the heat exchangers. Minimum 
temperature difference in all heat exchangers is set at 10° C. The 
isentropic efficiency of the pump and compressor are set at 
85%. 
 
In addition, pressure drop in the adsorption and desorption

 

columns is neglected. Since PSA columns operate at near-
adiabatic conditions, they are assumed as a single column for 
simplification. In this section, conversion reactors are used 
instead of adsorption columns; hence, additional heater and 
cooler are used for computing the adsorption and desorption 
heats during the process. 
 
 
 

 
 
 

Steam 

Methane 

Reforming 

High 

Temperature 

WGS 

Low 

Temperature 

WGS 

Water 

Removal 

Adsorption 

Desorption 

- 242 -