استفاده از مدل سازی ریاضی به منظور بررسی عوامل مختلف در تولید گاز سنتز با استفاده از روش اکسیداسیون جزیی درجه حرارت پایین

با توجه به کاربرد وسیع گاز سنتز و گاز هیدروژن در صنایع مختلف یافتن روش هایی که به وسیله آن بتوان این گازها را تولید و یا بهینه کرد از اهمیت فراوانی برخوردار است. روش کاهش درجه حرارت کاتالیستی اکسیداسیون جزئی، atr یا ltcpo یکی از روش های تولید گاز سنتز و هیدروژن می باشد. در این روش به دلیل داشتن وجود آب نسبت به روش های دیگر بدون آب توانایی تولید هیدروژن بیش تری را دارد که این موضوع یکی از مزیت های این روش محسوب می گردد. از دیگر مزیت های این روش این است که در این راکتور هم زمان از سه تکنیک رفرمینگ کاتالیستی، اکسیداسیون جزئی و واکنش شیفت گاز – آب به صورت هم زمان استفاده گردیده است که واکنش اکسیداسیون جزئی گرمازا و واکنش های رفرمینگ کاتالیستی و شیفت گاز – آب گرماگیر هستند، در نتیجه این روش، دارای دمای بالایی نمی باشد که از مزیت های قابل توجه می باشد. در این تحقیق از روش atr، در یک میکرو رآکتور استوانه ای برای تولید گاز سنتز، استفاده گردیده است. خوراک گازی شامل متان, اکسیژن، گاز خنثی (هلیم یا نیتروژن) و آب می باشد. محصولات شامل دی اکسید کربن, مونوکسید کربن و هیدروژن می باشند. توزیع دمای کاتالیست در طول بستر مد نظر می باشد، بنابراین توسط ترموکوپل تعبیه شده در راکتور می توان آن را اندازه گیری کرد و محصولات توسط دستگاه گازکروماتوگرافی اندازه گیری شده است. پارامترهای مختلفی مانند o/c، اکسیژن به متان، و s/c، آب به متان، و دبی حجمی خوراک و دمای کوره راکتور را تغییر داده و تاثیرات آن را بر محصولات و توزیع دمای کاتالیست در طول بستر مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی در این پژوهش مدلسازی ریاضی فرآیند ltcpo می باشد. برای اقتصادی کردن این فرآیند، تعیین شرایط بهینه ضروری می باشد. جهت انجام این کار می توان از مدل سازی ریاضی فرآیند استفاده کرد. قبل از انجام مدل سازی لازم است که خواص مخلوط گازی از قبیل دانسیته، ویسکوزیته، ضریب نفوذ، ضریب هدایتی و جابجایی گرمایی و ظرفیت گرمایی و آنتالپی تعیین شوند. نتایج حاصل از مدل، دارای تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی مربوط به واکنش atr است. سپس اثر متغیرهای مختلف مانند نسبت اکسیژن به متان، نسبت بخار آب به متان در گازهای ورودی و دما و فشار، بر روی پارامترهایی مانند توزیع دما و محصولات در طول بستر بررسی می شود. در همه موارد پیک دمایی مشاهده می شود بنابراین تشکیل hot spot در قسمت اولیه راکتور وجود دارد و تمام اکسیژن در قسمت ابتدایی راکتور مصرف می شود. در قسمت اولیه راکتور واکنش اکسیداسیون جزئی انجام می گردد. متغیر دما بر روی توزیع دما در طول بستر تاثیر گذار است، اما فشار بی تاثیر است. با افزایش دما، پیک دمایی و توزیع دما در طول بستر افزایش یافته است. با افزایش اکسیژن ورودی، دما و بازده co افزایش یافته و با افزایش آب، دما کاهش و بازده هیدروژن افزایش یافته است. افزایش اکسیژن ورودی در مقایسه با افزایش آب ورودی تاثیر بیش تری بر روی میزان تبدیل متان دارد. کلید واژه: مدل سازی ریاضی، گاز سنتز، هیدروژن، atr، اکسیداسیون جزئی کاتالیستی، واکنش شیمیایی.