15725

15725

بررسي اثر استفاده از پركننده هاي جديد بر عملكرد رآكتور بستر ثابت سنتز فيشر-تروپش در فرآيند GTL با استفاده از تكنيك CFD

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه سازي و كنترل فرآيندها

اسفند ماه 1394

اسفند ماه 1394

دكتر شاهرخ شاه حسيني

شيمي

چكيده فرآيند تبديل گاز به مايعات سوختي، شامل مجموعه واكنش‌هاي ناهمگن كاتاليستي است كه گاز سنتز را به طيفي از هيدروكربن‌ها و بخار آب تبديل مي‌كند. سنتز فيشر-تروپش، به عنوان قلب اين فرآيند، يك پديده شيميايي سه فازي است شامل فاز گاز- گاز سنتز، بخار آب و هيدروكربن‌هاي سبك، فاز مايع- هيدروكربن‌هاي سنگين و فاز جامد- محصول واكسي شكل و كاتاليست. در سنتز فيشر-تروپش دما پائين وجود فاز مايع در بستر پر شده كاتاليستي، ضمن ايجاد افت فشار بالا موجب بروز محدويت‌هاي انتقال جرمي و تحت تاثير قرار دادن ميزان تبديل واكنش مي‌گردد. در تحقيق حاضر پيكربندي جديدي براي جايگزيني رآكتور‌هاي لوله‌اي پر شده متداول ارائه شده است. رآكتور مورد اشاره كانالي است مستطيل شكل كه از چند سطح شيبدار به هم پيوسته تشكيل شده است. ابتدا يك رآكتور لوله‌اي پر شده متداول با استفاده از تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي مورد شبيه سازي عددي قرار گرفت و بعد از مقايسه نتايج بدست آمده با داده‌هاي تجربي و اثبات صحت روش شبيه سازي، اين روش در بررسي عملكرد رآكتور نوين بكار‌گيري شد. شرايط عملياتي رآكتور بدين قرار است: دماي خوراك ورودي K 473، نسبت مولي هيدروژن به منوكسيد كربن در آن 2، سرعت حجمي زماني آن در ورودي رآكتور Nml.g_cat^(-1).h^(-1)111 و فشار عملياتي رآكتور bar 20. براي مدل كردن بستر ثابت و همگن ذرات كروي كاتاليست از مدل محيط متخلخل و به منظور برقراري جريان دو فازي گاز-مايع در رآكتور از ديدگاه اولرين استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه سازي رآكتور لوله‌اي دما پائين تاثير منفي حضور فاز مايع بر ميزان پيشرفت واكنش را اثبات مي‌نمايد. شبيه سازي رآكتور نوين نشان داد كه استفاده از هندسه جديد در مقايسه با رآكتور لوله‌اي متداول در شرايط يكسان، ضمن كاهش محدوديت‌هاي انتقال جرمي موجب افزايش 11 درصدي ميزان تبديل آن مي‌گردد. به علاوه نتايج نشان دهنده بهبود ميزان انتقال حرارت و توزيع يكنواخت‌تر خوراك ورودي در رآكتور است. همچنين استفاده از رآكتور پيشنهادي كاهش 80 درصدي افت فشار را در شرايط عملياتي اشاره شده به دنبال داشت. واژه‌هاي كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي، سنتز فيشر-تروپش دما پائين، رآكتور بستر ثابت نوين، محدوديت‌هاي انتقال جرمي، ميزان تبديل