Effect of atmosphere change paths on the induced chemical expansion

This study presents the relevant aspects of the approach developed at Institut PRISME to model strain in the mixed ionic and electronic conductors (MIEC) membrane for reforming of methane into synthesis gas (H2/CO). This macroscopic approach is based on the assumption of strain partition and on the choice of oxygen activity as a state variable. It leads to a thermo-chemo-mechanical model taking into account oxygen diffusion as well as elastic, thermal and chemical expansion phenomena. A chemical expansion model is proposed. The kinetics of a macroscopic bulk diffusion model has been fitted by simulation to chemical dilatometry tests. The transient and the steady-state stress distribution in a membrane reactor for partial oxidation of methane (POM) have been simulated in various conditions.

---

Niniejsze praca przedstawia stosowne aspekty podejścia do modelowania odkształcenia w membranie z mieszanych przewodników jonowych i elektronowych (MIEC) dla reformingu metanu w procesie syntezy gazu (H2/CO), rozwiniętego w Instytucie PRISME. To makroskopowe podejście opiera się na założeniu o podziale odkształcenia i na wyborze aktywności tlenu jako parametru stanu. Prowadzi to do termo-chemo-mechanicznego modelu biorącego pod uwagę dyfuzję tlenu, a także zjawiska ekspansji sprężystej, cieplnej i chemicznej. Zaproponowano model rozszerzalności chemicznej. Kinetyka w makroskopowym modelu dyfuzji objętościowej została dopasowana za pomocą symulacji do testów chemicznej dylatometrii. Rozkład naprężeń w stanie nieustalonym i ustalonym w reaktorze membranowym do częściowego utleniania metanu (POM) został zasymulowany w różnych warunkach.