پیل سوختی اکسید جامد، یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی پتانسیل شیمیایی سوخت را مستقیماً با بازده بالا و آلایندگی کم به انرژی الکتریکی همراه با محصول جانبی آب و حرارت تبدیل می کند. هر واحد پیل سوختی اکسید جامد از دو الکترود متخلخل سرامیکی تشکیل شده است که بوسیله یک لایه الکترولیت سرامیکی غیر متخلخل که قابلیت هدایت یون اکسیژن را داراست، از هم جدا شده اند. پیل سوختی اکسید جامد در دمای عملیاتی بالا، ( 1200-600 )، کار می کند. بدلیل دمای عملیاتی بالا در این نوع پیل، امکان تولید سوخت مورد نیاز پیل، (h2 و co)، از هیدروکربنهایی مانند گاز طبیعی در داخل پیل وجود دارد. فرایند ریفرمینگ کاتالیستی با بخار آب از روشهای متداول تولید گاز هیدروژن از هیدروکربنهای سبک است. با توجه به میزان زیاد گرمای تولیدی و بخار آب حاصل از واکنش های الکتروشیمیایی در پیل سوختی اکسید جامد، روش ریفرمینگ کاتالیستی در این نوع پیل بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، پیل سوختی اکسید جامد لوله ای با ریفرمینگ داخلی غیر مستقیم مطالعه شده است. در ریفرمینگ داخلی غیرمستقیم، ریفرمر، متصل و در تماس حرارتی مستقیم با پیل سوختی است و از گرمای تولید شده در پیل برای تولید هیدروژن استفاده می کند. بدین منظور یک مدل دو بعدی و پایدار از پیل سوختی و ریفرمر کاتالیستی متصل به آن، با استفاده از قوانین بقای جرم، انرژی، مومنتم و معادلات سینتیکی، تعادلی و الکتروشیمیایی ارائه شده است. این معادلات با روشهای عددی بطور همزمان حل شده اند. نتایج مدلسازی، یک سیستم اتوترمال حاصل از ترکیب واکنشهای گرماگیر ریفرمینگ و واکنشهای گرمازای الکتروشیمیایی را نشان می دهد. همچنین در بررسی اثر تغییر پارامترها بر روی عملکرد سیستم پیل سوختی، نتایج حاکی از آن است که افزایش پارامترهای فشار و میزان هوای ورودی باعث افزایش ولتاژ تولیدی پیل سوختی می گردد.

در این مطالعه، پیوند حرارتی دو فرایند ریفرمینگ با بخار آب و ریفرمینگ سه گانه ی متان درون یک راکتور جهت تولید دو نوع گاز سنتز با نسبت های h2/co متفاوت، بررسی شده است. جهت پیوند حرارتی واکنش های ریفرمینگ با بخار و ریفرمینگ سه گانه ی متان، یک راکتور با 184 لوله پیشنهاد شده است که هر لوله خود از دو لوله ی هم مرکز تشکیل می شود. فرایند ریفرمینگ سه گانه در قسمت خارجی لوله های هم مرکز صورت می گیرد و گرمای مورد نیاز برای پیشبرد واکنش ریفرمینگ با بخار آب که در قسمت داخلی لوله های هم مرکز انجام می شود را تامین می کند. راکتور در حالتی که خوراک های هر دو قسمت به صورت هم سو وارد می شوند بررسی شده و نتایج شبیه سازی قسمت ریفرمینگ با بخار این راکتور، در شرایط خوراک یکسان، با پیش بینی های مربوط به راکتور مرسوم ریفرمینگ با بخار و هم چنین راکتور ریفرمینگ با بخارِ پیوند شده با فرایند هیدروژنه کردن نیتروبنزن مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که نسبت h2/co در خروجی قسمت های داخلی و خارجی راکتور به ترتیب به 1/1 و 9/2 رسیدند. یکی از مزیت های این راکتور نسبت به راکتور مرسوم ریفرمینگ متان با بخار آب، حذف کوره های بسیار بزرگ در راکتورهای مرسوم می باشد. عملکرد راکتور بر اساس میزان تبدیل متان و حصول هیدروژن در هر دو قسمت راکتور مورد ارزیابی قرار گرفته است. اثر نرخ جریان مولی و دماهای مختلف خوراک قسمت ریفرمینگ سه گانه (قسمت خارجی بر روی عملکرد کلی راکتور به صورت عددی بررسی شده است. برای شبیه سازی هر دو قسمت راکتور از مدل ریاضی ناهمگن استفاده شده است. با افزایش نرخ جریان مولی خوراک قسمت ریفرمینگ سه گانه از 28,120 به 140,600 kmol/h ، میزان تبدیل متان در خروجی قسمت ریفرمینگ با بخار حدود 63/4% و حصول هیدروژن به میزان 55/2% ارتقا پیدا کردند. هم چنین با افزایش دمای ورودی قسمت ریفرمینگ سه گانه از 900 به k 1300، میزان تبدیل متان و حصول هیدروژن در خروجی قسمت ریفرمینگ با بخار به ترتیب به میزان 82/5% و 71/5% ارتقا یافتند. نتایج نشان دادند که میزان تبدیل متان در خروجی قسمت های ریفرمینگ با بخار و سه گانه به ترتیب به 26% و 94% رسیدند.

استفاده از آکنه های منظم در فرایندهای جداسازی در حال افزایش است. یکی از موارد استفاده از آکنه های منظم، در واحدهای نمزدایی از گاز طبیعی است. جایگزینی آکنه های منظم به جای سینی در واحدهای نمزدایی، باعث افزایش ظرفیت و یا کیفیت نمزدایی می شود. در این تحقیق واحد نمزدایی از گاز پالایشگاه دالان با استفاده از نرم افزار hysys شبیه سازی شده است و پروفایلهای غلظت، دما و فشار در دو برج جذب و احیا به دست آمده است. نتایج شبیه سازی در این قسمت نشان می دهد در برج جذب انتقال جرم و در برج احیا تعادل ترمودینامیکی محدود کننده است. شبیه سازی واحد نمزدایی با برج جذب آکنده نیازمند مدلی برای محاسبه ارتفاع معادل سینی ایده آل آکنه های منظم است. با توجه به این که مدلهای مختلف برای پیشبینی انتقال جرم در آکنه های منظم در فشار بالا معمولا خطای زیادی دارند، با بررسی دلایل ایجاد خطا، یک مدل بهینه شده جدید برای کاربرد آکنه های منظم در فشار بالا ارائه شده است. داده های تجربی نشان می دهد مدل جدید در فشارهای بالا در مقایسه با دیگر مدلها خطای کمتری دارد. پیشبینی پارامترهای مختلف موثر در انتقال جرم توسط مدلهای مختلف با مدل جدید مقایسه شده است. این مدل در شبیه سازی برج جذب حاوی آکنه های منظم مورد استفاده قرار گرفته است. جهت محاسبه ارتفاع معادل سینی ایده آل آکنه های منظم در شرایط عملیاتی مختلف یک برنامه به زبان ویژوال بیسیک تحت hysys نوشته شده است.نتایج شبیه سازی واحد نمزدایی با برج جذب حاوی آکنه های منظم نشان می دهد استفاده از آکنه های منظم باعث کاهش نقطه شبنم گاز خروجی از برج می شود ولی افزایش تعداد مراحل انتقال در برج احیا تأثیر چندانی بر کیفیت نمزدایی ندارد. علاوه بر این تأثیر پارامترهای مختلف از جمله مقدار گاز عریان کننده، فشار برج احیا و شرایط گلایکول و گاز ورودی به برج، بر کیفیت نمزدایی مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان هزینه های خرید آکنه های منظم و دیگر ادوات و هزینه های خارج کردن سینیها و نصب آکنه های منظم برای شرایط برج جذب پالایشگاه دالان تطابق داده شده و مجموع هزینه های جایگزینی آکنه با سینی محاسبه شده است.

در کار حاضر، شبیه سازی راکتور اتوترمال- غشایی سنتز فیشر-تروپش بررسی شده است.در راکتور اتوترمال- غشایی، ابتدا گاز سنتز خوراک وارد لوله های راکتور دوم می شود. جهت کنترل نسبت هیدروژن به مونوکسیدکربن در قسمت واکنش دیواره لوله ها با لایه ای از غشای پالادیم-نقره پوشانده می شود ، در نتیجه هیدروژن در اثر اختلاف فشار جزئی هیدروژن بین لوله ها و پوسته،به قسمت واکنش نفوذ می کند. همچنین گاز سنتز که به وسیله واکنش های گرمازای فیشر-تروپش پیش گرم شده وارد لوله های راکتور اول می شود و در مجاورت بستر کاتالیستی ثابت شروع به واکنش می کند. گرمای حاصل از واکنش به آب اشباع خنک کننده موجود در پوسته انتقال می یابد. جریان گاز واکنشی راکتور اول شامل محصولات سنتز فیشر-تروپش و مقداری از واکنشگرهای واکنش نداده، از انتها وارد پوسته ی راکتور دوم می شود و با گاز سنتز درون لوله، از پایین به بالای راکتور جریان می یابد و در نهایت محصولات از بالای راکتور به واحد کراکینگ با هیدروژن فرستاده می شود، که استفاده از این نوع راکتور در فرآیند فیشر-تروپش باعث افزایش تولید گازولین (بنزین) و کاهش تولید متان و دی اکسید کربن که محصولات غیر مطلوب در فرآیند مذکور هستند، می شود. همچنین طول عمر کاتالیست به دلیل یکنواختی بیشتر دما در مدل راکتور پیشنهادی طولانی تر است. علاوه بر این در این تحقیق، اثر جریان های همجهت و مختلف الجهت بر عملکرد راکتور اتوترمال-غشایی بررسی شده است. مقایسه بین جریان های مختلف الجهت و هم جهت از نقطه نظر نرخ تولید گازولین (بنزین) و محصولات نامطلوب در این راکتـور نشان دهنده این است که انتخاب جریان مختلف الجهت در راکتور بهتر می باشد، ولی از لحاظ دمایی جریان هم جهت بهتر از غیر هم جهت عمل کرده است.