بررسی رفتار و مدلسازی ریاضی سنتز فیشر-تروپش در راکتور حبابی دوغابی با کاتالیست آهن

تبدیل گاز به محصولات مایع هیدروکربنی از طریق سنتز فیشر- تروپش یکی از فناوریهای نوین و رو به رشد در صنایع نفت و گاز می باشد. در این تحقیق، سنتز فیشر- تروپش به کمک کاتالیست آهن، در یک راکتور حبابی دوغابی با در نظر گرفتن هر دو حالت پایا و ناپایا مدلسازی شد. رژیم جریان در راکتور، ناهمگن فرض شد و دو نوع هیدرودینامیک در راکتور (حباب های گاز با اندازه یکسان و تقسیم حباب ها به دو اندازه بزرگ و کوچک)، در نظر گرفته شد. در این بررسی دو نوع مدل، یعنی ایده آل و غیر ایده-آل ارایه گردید که در یکی از مدل های ایده آل پیشنهاد شده، هر دو فاز گاز و مایع به صورت plug فرض شد و در مدل ایده آل دیگر، فاز مایع به صورت mixed و فاز گاز به صورت plug فرض شد. در مدل غیر ایده آل (مدل پراکندگی محوری)، اختلاط معکوس در هر دو فاز در نظر گرفته شد. از آنجایی که کاتالیست مورد نظر در مدلسازی، کاتالیست آهن است، لذا علاوه بر واکنش فیشر- تروپش، واکنش جابجایی آب-گاز نیز صورت می گیرد و باید در نظر گرفته شود. برای ارایه مدل معادلات بقای جرم برای هیدروژن، مونوکسیدکربن، آب و دی اکسیدکربن به صورت همزمان برقرار گردید، به دلیل کمتر بودن ظرفیت حرارتی گاز نسبت به مایع، موازنه انرژی فقط برای فاز مایع نوشته شد. معادلات موازنه جرم و انرژی، با استفاده از نرم افزار matlab 7.0 حل گردید و روند تغییرات دما و غلظت واکنشگرها با زمان در فازهای مختلف در طول راکتور (قبل از رسیدن به حالت پایدار)، از مدلسازی ناپایدار و تغییرات دما و غلظت واکنشگرها در فازهای مختلف در طول راکتور بعد از رسیدن به حالت پایدار، از مدلسازی پایدار بدست آمد . آنگاه با استفاده از نتایج مدلسازی پایا و انتخاب یک مدل انتخاب پذیری مناسب، توزیع محصولات هیدروکربنی (پارافین ها و الفین ها) در جریان خروجی از راکتور تعیین شد. نتایج مدلسازی با داده های تجربی گزارش شده در مقالات، در شرایط عملیاتی مشابه، مقایسه شد و مناسب ترین مدل برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی بر میزان تبدیل و توزیع محصول، انتخاب گردید. همچنین، به کمک مدلسازی ناپایا و استفاده از سینیتیک گزارش شده، پدیده غیر فعال شدن کاتالیست آهن و نیز تاثیر غیرفعال شدن کاتالیست آهن بر توزیع محصول بررسی شد.