16848

16848

مدلسازي، شبيه‌سازي و طراحي فرايند جذب گاز طبيعي بر روي بستر ثابت

كارشناسي ارشد

طراحي شبيه سازي و كنترل فرايند

دي 1395

دكتر نوراله كثيري - مهندس محمدحسن خان اف

مهندسي شيمي

ذخيره¬سازي گاز طبيعي بر روي جاذب متخلخل به علت ايمني زياد و عملياتي بودن در فشار¬هاي پايين و دماي محيط در سال¬هاي اخير موردتوجه محققان قرارگرفته است. فرايند جذب سطحي گاز بر روي جاذب متخلخل با آزاد شدن گرما و افزايش دماي بستر و درنتيجه كاهش ظرفيت ذخيره¬سازي همراه است. ازاين‌رو كنترل اثرات حرارتي با ساخت هندسه مناسب مخزن و تغيير پارامترهاي مؤثر در جهت بهينه كردن عملكرد سيستم تا حد زيادي مي¬تواند موجب بهبود ظرفيت ذخيره¬سازي و راندمان شود. بدين منظور در كار حاضر در ابتدا مدل‌سازي سيستم ذخيره‌سازي جذب سطحي متان بر روي كربن فعال در حالت شارژ مخزن انجام شد. سپس معادلات حاكم بر جريان سيال و انرژي در محيط متخلخل متشكل از معادله پيوستگي، معادله مومنتوم ، معادله انرژي به‌منظور پيش‌بيني توزيع فشار، دما و ميزان جذب با استفاده از بسته¬ي نرم¬افزاري كامسول مورد حل قرار گرفت. از قانون دارسي جهت ارتباط بين سرعت و فشار در رابطه¬ي مومنتوم و فرض تعادل حرارتي بين سيال و جاذب در رابطه¬ي انرژي مورد استفاده قرار گرفت. فرآيند جذب در چهار مخزن متفاوت شامل مخزن خالي، مخزن كويل دار، مخزن با لوله¬ يو-شكل و مخزن پرشده با فوم فلزي شبيه¬سازي شد. نتايج نشان داد كه در مخزن حاوي فوم فلزي تخلخل بالا به دليل افزايش هدايت حرارتي توده¬ي بستر و در نتيجه افزايش انتقال حرارت ، افزايش دماي مركز بستر در مقايسه با بستر بدون فوم بسيار پايين¬تر بوده و ظرفيت ذخيره¬سازي تا حدود 35 درصد بالا مي¬رود. براي بهبود عملكرد سيستم اثر كليه پارامترهاي مؤثر بر عملكرد سيستم ذخيره¬سازي ANG ازجمله تخلخل بستر، تخلخل فوم، دماي ورودي گاز و دبي گاز در مقادير مختلف بررسي شد. نتايج نشان داد كه استفاده از فوم به دليل انتقال حرارت بالا امكان پياده سازي فرآيند در دبي¬هاي Lit/min 30-1 بدون تغيير زياد در ظرفيت سيستم را فراهم مي¬آورد. بهبود عملكرد سيستم در دماي ورودي گاز K 275، تخلخل بستر ε_b=0/2 و يا جرم جاذب بالاتر و تخلخل فوم بين 92/0-86/0 مشاهده شد. درنهايت ورود گاز به حالت شعاعي و محوري به مخزن بررسي شد كه در اين حالت نفوذ شعاعي 2 درصد ظرفيت ذخيره¬سازي بيشتري را نشان داد. واژه‌هاي كليدي: شبيه¬سازي، مدل¬سازي،گاز طبيعي، ذخيره¬سازي، جذب سطحي، ANG، فوم فلزي

1395/12/10

1/1/1900 12:00:00 AM

Natural gas storage on adsorbent porous due to high operational safety at low pressures an​d temperatures, researchers have been addressed in recent years. In this study, adsorption of pure methane in a cylinder packed with active carbon an​d equipped with high porosity metal foam to increase heat transfer is studied numerically. The governing equations of fluid an​d energy flow in porous media including continuity equation, momentum equation, an​d energy equation to predict pressure an​d temperature distribution an​d adsorption rate are solved by finite element method. Darcy’s law is applied for relating speed an​d pressure in momentum equation an​d thermal equilibrium between fluid an​d adsorbent is assumed in energy equation. In addition, Dubinin–Astakhov adsorption isotherm is used to predict adsorption of natural gas on active carbon. First, effect of foam addition is studied by comparison of tank with foam an​d tank without foam, then effect of different foam parameters an​d operational parameters affecting adsorption process is studied. Results showed that application of metal foam significantly increased heat transfer an​d prevented the increasing of bed temperature so adsorption rate of natural gas in increased. So one can say that high porosity metal foams are very appropriate alternatives for application in in ANG process. Improve system performance at gas inlet 275 K, porosity εb = 0/2 an​d porous adsorbent foam between 0.86-0/92, respectively. Finally, radial an​d axial gas into the reservoir, which in this case showed the influence of centrifugal 2 percent more storage capacity. Keywords: Modeling, Simulation, Adsorbed natural gas, Metal Foam, Activated carbon, ANG, Storage