در این رساله، واکنش شیمیایی بین گاز متان و ترکیبات سولفات باریم، سولفات استرونسیم، اکسید نیکل و دی اکسید تیتانیم مورد مطالعه قرار گرفته است. کارهای آزمایشگاهی و محاسبات ترمودینامیکی نشان می دهند که سولفات باریم(baso4) در واکنش شیمیایی با گاز متان به سولفید باریم (bas) احیاء می گردد که این ترکیب خوراک اصلی در تولید تمام ترکیبات مربوط به باریم می باشد. همچنین مشخص گردید که در این مورد اکسید روی اثر کاتالیستی قابل ملاحظه ای بر واکنش دارد برای مثال در دمای 950 درجه سانتی گراد اضافه کردن 2 درصد اکسید روی سرعت واکنش را بیش از 5/8 برابر زیاد می کند؛ با کاربرد کاتالیست اکسید روی دمای واکنش احیاء با متان در حدود 200 نسبت به روش احیاء با کک(روش black ash) کاهش می یابد. همچنین در واکنش شیمیایی بین گاز متان و سلستیت(سولفات استرونسیم (srso4) )، محصول جامد سولفید استرونسیم (srs) می باشد که این ترکیب نیز خوراک اصلی در تولید تمام ترکیبات وابسته به استرونسیم می باشد. با کاربرد متان دمای واکنش احیاء ترکیب سلستیت حدود 300 درجه سانتی گراد نسبت به روش معمول black ash کاهش می یابد. همچنین محصول واکنش بین گاز متان و اکسید نیکل ، نیکل فلزی است. دمای واکنش احیای اکسید نیکل با متان، در حدود350 درجه سانتی گراد کمتر از روش احیاء با کک می باشد. واکنش شیمیایی بین گاز متان و هیدروژن و دی اکسید تیتانیم(رتیل) (tio2) سبب تولید کاربید تیتانیم (tic) گردیده در صورتیکه واکنش شیمیایی بین گاز متان، هیدروژن و نیتروژن سبب تولید نیترید تیتانیم (tin) گردد؛ در واکنش احیاء و نیتریداسیون دی اکسید تیتانیم نقش اصلی و خیلی مهم هیدروژن جلوگیری از شکست حرارتی متان و نشست کربن روی سطح اکسیدی در دماهای بالا می باشد. به کمک روشهای ترموگراویمتری و آنالیز گازی کلیه پارامترهای سینتیکی واکنش ها محاسبه شدند و با کاربرد مدلهای مناسب مربوطه، نتایج آزمایشگاهی مورد تجزیه- تحلیل قرار گرفت. مدلسازی ریاضی واکنشها توافق خوبی را بین داده های آزمایشگاهی و نتایج مدل نشان دادند.

با تغییر نیازها در جامعه پالایشگاه ها با تقاضای محصولات جدیدتر روبرو می شوند و برای پاسخگویی به این نیازها فرآیندهای جدید در پالایشگاهها ایجاد می شود. مقررات زیست محیطی جدید نیز روی این موضوع تاثیر زیادی دارند. هدف این مقررات زیست محیطی جدید که بوسیله پارلمان اروپا و آژانس محافظت محیط زیست وضع شده کاهش محتوای سولفور در سوخت وسایل حمل و نقل است. مقدار co2 قبلا بوسیله پروتکل کیوتو محدود شده است. فصل اول: فرایند تصفیه هیدروژنی، فصل دوم: ترکیبات مقاوم در برابر گوگردزدایی و کاتالیستهای جدید، فصل سوم: مدلسازی فرایند تصفیه هیدروژنی در راکتورهای سه فازی، فصل چهارم: معادلات نهایی مورد استفاده جهت شبیه سازی سیستم و مقایسه با نتایج و داده های تجربی مقالات، فصل پنجم: اثر تغییر پارامترهای عملیاتی بر عملکرد سیستم، فصل ششم: نرم افزار شبیه سازی عملکرد راکتورهای سه فازی جهت انجام واکنشهای تصفیه هیدروژنی و در آخر نتیجه گیری و پیشنهادات

دومدل برای شبیه سازی رفتار راکتور احیاء اکسیدآهن معرفی شده و معادلات آن ها و نحوه حل آن ها با استفاده از روش رانگ-کوتا بیان گردید. به همین منظور در این پروژه سعی شده است تا نرم افزاری طراحی شود که قابلیت شبیه سازی کوره احیاء اکسید آهن به وسیله این دو مدل را داشته باشد برای این نرم افزار رابط گرافیکی طراحی شده است تا کاربر به راحتی بتواند خواص و داده های مورد نیاز برای مدل انتخابی را وارد کند، و پس از پردازش این داده ها نرم افزار و حل مدل ها بوسیله آن خروجی که شامل میزان تبدیل اکسیدآهن تغییرات دمای گاز و جامد و تغییرات ترکیب درصد گاز در طول راکتور است را مشاهده کند.با استفاده از این نرم افزار همچنین می توان اثر پارامترهای عملیاتی مانند دمای گاز و جامد، ترکیب درصد و دبی گاز، دبی جامد، مشخصات گندله اکید آهن، طول و قطر راکتور را با استفاده از هر دو مدل هسته عمل نکرده کوچک شونده و مدل دانه ای با مقاومت لایه محصول بررسی کرد.ورودی های این نرم افزار شامل دمای گاز و جامد ورودی، دبی گاز و جامد، ترکیب درصد گاز ورودی، قطر و تخلخل گندله ورودی قطر و طول راکتور می باشد.

متانل یکی از مهمترین محصولات پتروشیمی می باشد. واحد ریفرمینگ با بخار آب یکی از بخش های اساسی فرآیند تولید متانل است. این واحد شامل کوره (که مقدار زیادی گرما توسط احتراق سوخت ایجاد می کند.) و لوله هایی که توسط کاتالیست نیکل پر شده است می باشد. در این واحد گاز سنتز (مخلوط هیدروژن منواکسیدکربن) از واکنش گاز طبیعی و بخار آب تولید می گردد. به خاطر گرمای ورودی بالا در سراسط دیواره لوله های ریفرمر و واکنش های گرماگیر تبدیل با بخار، لوله های کاتالیست دائما در معرض گرادبان های دمایی در جهت شعاعی و محوری قرار می گیرند. به همین دلیل برای بررسی دقیق رفتار راکتور یک مدل ریاضی دو بعدی جهت در نظر گرفتن پدیده واکنش و نفوذ درون کاتالیست مورد استفاده قرار می گیرد. گرادیان های دمایی قابل توجهی در جهت شعاعی در لوله های ریفرمر به ویژه در نزدیک ورودی راکتور به وجود می آید. دراین پروژه معادلات دیفرانسیل پاره ای دوبعدی و غیر همگون موازنه های جرمی و حرارتی و همچنین معادلات نفوذ واکنش درون کاتالیست به طور همزمان با یکدیگر حل می گردد. بنابراین پروفیل جزء مولی گازها و دمای کاتالیست در هر موقعیت شعاعی و محوری تعیین می شود. در نهایت تاثیر شرایط عملیاتی بر ترکیب درصد محصولات و نسبت h2/co در گاز سنتز خروجی بررسی می گردد.