16745

16745

بررسي عملكرد راكتور بستر سيال در فرآيند ريفرمينگ خشك متان با كاتاليست Ni-Co/TiO2

كارشناسي ارشد

ترموسينتيك

آبان ماه 1395

دكتر سيد مهدي علوي املشي

دكتر نويد مستوفي

شيمي

چكيده در سال¬هاي اخير تلاش¬هاي زيادي براي كاهش استفاده از نفت صورت¬گرفته است. استفاده از گاز طبيعي به ويژه متان و تبديل آن به سوخت¬هاي مايع با قابليت جابجايي راحت¬تر و ساده¬تر از اهميت زيادي برخوردار است. ريفرمينگ خشك كاتاليستي متان دوگاز مشكل¬ساز گل¬خانه¬اي را براي توليد گازسنتز به مصرف مي¬رساند. در فرآيند ريفرمينگ راكتورهاي بستر سيال به دليل داشتن مزايايي مانند توزيع دمايي مناسب و جلوگيري از تشكيل نقاط داغ در راكتور، اختلاط خوب و انتقال جرم بالا، قابليت احياء مجدد كاتاليست¬ها درون راكتور و ... داراي راندمان بالاتري نسبت به بسترهاي ثابت هستند. در تحقيق حاضر، عملكرد واكنش ريفرمينگ خشك متان به گاز سنتز با استفاده از كاتاليست Co-Ni/TiO2 در راكتور بستر ثابت و بستر سيال مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته ¬است. در ريفرمينگ با افزايش دما، كاهش سرعت فضايي و افزايش كربن دي¬اكسيد در خوراك ورودي به راكتور، ميزان تبديل براي متان و نسبت H2/CO افزايش پيدا مي¬كند. مقايسه نتايج بستر ثابت و بستر سيال نشان مي¬دهد كه در هر دمايي تبديل¬ها و گزينش¬پذيري نسبت به H2 در بستر سيال از بستر ثابت بيش¬تر است. به عنوان مثال در دماي °C810 با نسبت خوراك1CO2/CH4= و سرعت فضايي برابر ml/grcat.hr7600 ميزان تبديل به¬دست آمده براي متان و كربن¬دي اكسيد به ترتيب در بستر ثابت 41/27٪ و 97/46٪ و در بستر سيال 64/39٪ و 35/62٪ است. نتايج، برتري بستر سيال را در ريفرمينگ خشك متان نسبت به بستر ثابت نشان مي¬دهد. هم¬چنين گزينش¬پذيري بيش¬تري نسبت به H2/CO توليدي در بستر سيال در مقايسه با بستر ثابت مشاهده مي¬شود. براي مثال در دماي °C860 و با شرايط عملياتي يكسان در هر دو راكتور نسبت گاز سنتز به¬دست آمده در بستر ثابت 92/0 و در بستر سيال 96/0 بود كه نسبت H2/CO بالاتر در ريفرمينگ بستر سيال مي¬تواند مربوط به گزينش¬پذيري نسبي كم¬تر نسبت به واكنش معكوس انتقال گاز آب در اين نوع از عمليات راكتور باشد. در بستر سيال به علت گردش ذرات در داخل بستر و قرار گرفتن در نواحي مختلف اكسايش و كاهش، نسبت به بستر ثابت كه در نواحي مختلف بستر اختلاف غلظت وجود دارد، غير فعال¬شدن كاتاليست با سرعت كم¬تري اتفاق مي¬افتد. در نهايت آناليزهاي SEM و TGA روي نمونه¬هاي خروجي انجام شد و روي هيچكدام از نمونه¬ها رسوب كربني يافت نشد. به منظور مدل¬سازي راكتور بستر سيال از مدل¬هاي STP و DTP استفاده شد كه نتايج نشان مي¬دهد مدل STP به علت فرضيات ساده به¬كار رفته در آن از دقت كم¬تري نسبت به DTP برخوردار است. واژه‌هاي كليدي: ريفرمينگ خشك متان، كاتاليستNi-Co/TiO2 ، بستر سيال، مدل¬سازي بستر سيال

1395/12/04

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: In recent years, several attempts have been done to reduce the consumption of oil. Nowadays, using natural gas especially methane, an​d its conversion to liquid fuels is important dueto ease of transportation. Dry reforming of methane consumes two well known harmful greenhouse gases. Fluidized bed reactors have more efficiency than fixed bed ones due to having pros including uniform temporal distribution, prevention of hot spot in reactor, good mixing an​d high mass transfer, capcability of regeneration of catalyst within the reactor. In this study, performance of Dry reforming of methane reaction to gas synthesis using Co-Ni/TiO2 as catalyst in bothfixed an​d fluidized bed reactors is investigated. Increasing the temperature, reducing the space velocity an​d increasing the amount of carbon dioxide in inlet feed of reactor leads to increase of the conversion of methane as well as H2/CO ratio. Comparisons between fixed an​d fluidized bed results show that at any temperature, conversions an​d selectivity relative to H2 is much higher in fluidized beds rather than fixed ones. For instance, at 810°C with feed ratio of CO2/CH4 =1 an​d space velocity of 7600 ml/grcat.hr, conversions for methane an​d carbon dioxide is 24.71%, 46.97% in fixed bed an​d 39.64%, 62.35% in fluidized bed, respectively. This implies the advantage of fluidized bed reactors in methane’s dry reforming rather than fixed bed reactor. In addition, there is more selectivity relative to produced H2/CO in fluidized bed in contrast to fixed bedreactor. For example at 860°C an​d similar operational conditions in both reactors, the ratio of resulting gas synthesis was 0.92 an​d 0.96 in fixed an​d fluidized bed, respectively. Higer ratio of H2/CO in reforming in fluidized bed may be related to the lower relative selectivity with respect to reverse water gas shift reaction in these reactor operations. In fluidized bed, due to the circulation of particles in bed an​d placement of them in different areas of oxidation an​d reduction, inactivation of catalyst takes place with lower rate than in fixed beds where there is concentration difference in different regions. After all, SEM an​d TGA analysis is done on output samples. In order to model the fluidized bed reactor, STP an​d DTP models are used. Results indicate that STP model represents lower presicion than DTP due to the simplified assumptions. Moreover, DTP model has good match with experimental results except in conditions where the reaction kinetic plays the role of limitor. Key words: Dry reforming of methane, Ni-Co/TiO2 catalyst, fluidized bed, fluidized bed modeling.