مدل سازی و شبیه سازی فرایند خالص سازی هیدروژن از خوراک گاز سنتز به روش جذب تناوبی فشار

امروزه کاربرد های وسیع هیدروژن در صنعت به خصوص نقش آن به عنوان حامل انرژی، این گاز را مورد توجه گسترده محققین قرار داده است. بیش از 80 درصد از واحد های امروزی تولید هیدروژن، از روش تغییر فرم هیدروکربن ها استفاده می کنند. مخلوط گازی خروجی از فرآیند تغییر فرم هیدروکربن ها گاز سنتز نام دارد که غالبا در کنار هیدروژن ناخالصی هایی مثل کربن دی اکسید، کربن منو اکسید، متان و نیتروژن به همراه دارد. جذب تناوبی فشار یکی از مقرون به صرفه ترین روشهای خالص سازی هیدروژن از این مخلوط گازی در مقیاس صنعتی به شمار می رود. اما با این وجود، هزینه های عملیاتی و محدودیت های آزمایشگاهی فرآیند جذب تناوبی فشار باعث شده است، شبیه سازی این فرآیند دارای اهمیت بالایی باشد. روش های متعددی در مدل سازی و حل عددی این فرآیند توسط محققین ارائه شده است، برخی از این روش ها زمان محاسبات بالایی داشته و برخی دیگر دقت محاسباتی پایینی داشته و توانایی قابل قبولی در پیش بینی رفتار این واحد ها ارائه نمی دهند.در این تحقیق سعی شده یکی از مدل های کامل در شبیه سازی واحد های جذب تناوبی فشار مورد بررسی قرار گیرد. با توجه به این مدل سازی و ساختار معادلات تشکیل شده، شبیه سازی این فرایند در نرم افزار های رایج امکان پذیر نیست. از این رو در این تحقیق برای انجام محاسباتِ فرایند جذب تناوبی فشار، معادلات تشکیل شده به روش های عددی حل شده است. بدین منظور با استفاده از دو روش عددی، تربیع دیفرانسیلی و تفاضل محدود معادلات گسسته سازی و کد نویسی رایانه ای در زبان برنامه نویسی c# انجام می شود. در نهایت نرم افزاری جهت شبیه سازی واحد های جذب تناوبی فشار ارائه می شود. همچنین با استفاده از تکنیک های کد نویسی رایانه ای سعی شده زمان محاسبات به حداقل کاهش یابد. سرعت و قابلیت بالای نرم افزار ارایه شده اجازه شبیه سازی طیف گسترده ای از مسایل مربوط به این فرایند ها را فراهم می کند. در این تحقیق نتایج نمودار های رخنه و فرایند جذب تناوبی فشار در کار های محققین مختلف مورد بررسی گرفته است. به این منظور مخلوط های گازی 2، 3، 4، 5 و 6 جزیی با ترکیب درصد های مختلف شبیه سازی می شود. همچنین چرخه های متنوع از واحد های جذب تناوبی فشار از جمله واحد های سریع، واحد های تناوب خلا و واحد های فشار بالا مورد بررسی قرار گرفته است. نقش جاذب ها در فرایند جذب تناوبی فشار نیز یکی از بررسی های این تحقیق است، نتایج شبیه سازی نشان می دهد در غلظت های بالای کربن دی اکسید، جاذب زئولیت عملکرد پایین تری نسبت به جاذب کربن فعال دارد. در همه مورد های مطالعه شده افزایش خطی نسبت جریان زدایش منجر به افزایش توانی خلوص و کاهش خطی بازیافت واحد های جذب تناوبی فشار شده است. مطالعات انجام شده نشان از قدرت روش عددی تربیع دیفرانسیلی در شبیه سازی این واحد ها دارد. همچنین در تمامی مطالعات انجام شده نتایج آزمایشگاهی به طور قابل قبولی توسط نرم افزار ارایه شده پیش بینی شده است.