شبیه‌سازی دوبعدی هتروژن راکتور کاتالیستی تبدیل متان با بخار آب

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشگاه علوم پزشکی آجا

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقالهیک مدل دوبعدی هتروژن برای پیشبینی عملکرد یک راکتور ریفرمینگ متان با بخار آب به کار گرفته شده است. مقاومتهای خارجی و داخلی برای انتقال جرم و حرارت در دانه کاتالیست برای این مدل در نظر گرفته شده و دستگاه معادلات دیفرانسیل حاصل به روش عددی حل شده است. برای بررسی اثر پارامترهای مختلف مانند دما، فشار، نسبت بخار به متان، شبیهسازیهای مختلفی انجام‌شده و نتایج حاصل از شبیهسازی با دادههای یک راکتور صنعتی مقایسه شد‌ه‌ است. تطابق خوبی میان دادههای صنعتی و نتایج شبیهسازی دیده می‌شود که بیانگر کارایی مدل در پیشبینی عملکـرد راکتـور است. همچنین درصد خطای نسبی برای موارد مختلف (دما و فشار و...) 1% تا 10% اندازهگیری شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Two-Dimensional Heterogeneous Simulation of Methan Steam Reforming Catalytic Reactor

نویسندگان [English]

  • A. R. Khaje-Amiri 1
  • M. Khaje-Amiri 2
1 Jihad Research Organization, Aja University of Medical Sciences
2 Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this paper, a two-dimensional heterogeneous reactor model was employed to predict the performance of a methane-steam reformer. External and internal effects for heat and mass transfer were included into the model. The set of coupled differential equations was solved numerically. To study the effects of different parameters, such as temperature, pressure,steam-to-methane ratio,simulation was performed and the results compared against data from an industrial reformer. A good agreement between the simulation and the industrial data is seen, indicating the efficiency of the mathematical model. Also the percentage error was between 1% and 10% for various cases (such as: temperature, pressure and etc.)

کلیدواژه‌ها [English]

  • Synthesis gas
  • methane reforming
  • Heterogeneous Two-Dimensional Model

 

[1]        Liguras, D.K., Goundani, K., Verykios, X.E., 2004. Production of hydrogen for fuel cells by catalytic partial oxidation of ethanol over structured Ni catalysts. J. Power Sour. 130, 30-37.
[2]        A.M. Adris, B.B. Pruden, C.J. Lim, J.R. Grace, 1996, On the reportedattempts to radically improve the performance of the steam reforming reactor, Can. J. Chem. Eng. 74, 177.
[3]        Rostrup-Nielsen, J.R., Sehested, J., Nørskov, J.K., 2002. Hydrogen and synthesis gas by steam- and CO2 reforming. Adv. Catal. 47, 65-139.
[4]        Rostrup-Nielsen, J.R., Bak Hansen, J.-H., 1993. CO2-reforming of methane over transition metals. J. Catal. 144, 38-49.
[5]        Rostrup-Nielsen, J.R., Christiansen, L.J., Bak Hansen, J.H., 1988. Activity of steam reforming catalysts: role and assessment. Appl. Catal. 43, 287-303.
[6]        Kvamsdal, H.M., Svendsen, H.F., Hertzberg, T., Olsvik, O., 1999. Dynamic simulation and optimization of a catalytic steam reformer. Chem. Eng. Sci. 54, 2697-2706.
[7]        Quinta Ferreira, R.M., Marques, M.M., Babo, M.F., Rodrigues, A.E., 1992. Modeling of the methane steam reforming reactor with large-pore catalyst. Chem. Eng. Sci. 47, 2909-2914.
[8]        Rostrup-Nielsen, J.R., 1993. Production of synthesis gas. Catal. Today 18, 305-324.
[9]        Adris, A.M., Pruden, B.B., Lim, C.J., Grace, J.R., 1996. On the reported attempts to radically improve the performance of the steam reforming reactor. Can. J. Chem. Eng. 74, 177-186.
 
[10]      Elnashaie, S.S.E.H., Elshishini, S.S., 1993. Modeling, Simulation and Optimization of Industrial Catalytic Fixed Bed Reactors. Gordon and Breach, Amsterdam, The Netherlands.
[11]    فاطمی، شهره؛ شاه‌کرمی پیروز،"شبیه‌سازی و بهینه‌سازی فرایند ریفمینگ ترکیبی متان"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران (1389).
[12]    لطفی، ناصر، آل‌ابراهیم‌دهکردی، حبیب؛ طالبی مزرعه‌شاهی، محمد؛ "شبیه‌سازی راکتور بستر ثابت ریفرمینگ ترکیبی متان با بخار آب و دی اکسید کربن"، اولین کنفرانس ملی نفت، گاز، پتروشیمی و توسعه پایدار، تهران (1393).
[13]    بوی، سید رضا؛ عباسی، محمود؛ حسینی، سید امین؛ "شبیه‌سازی راکتور ریفرمینگ متان با بخار آب حاوی کاتالیست با هندسه کروی و مسطح"، مجله شیمی کاربردی (اندیشه علوم) ، چاپ سوم، دانشگاه سمنان (1395).
[14]      J. Xu, G.F. Froment, 1989, Methane steam reforming, methanation and water-gas shift. I. Intrinsic kinetics, AIChE J. 35 88.
[15]      A.G. Dixon, D.L. Cresswell, 1979, Theoretical prediction of effective heat transfer parameters in packed beds, AIChE J. 25 663.
[16]      G.F. Froment, P.K. Hofmann, Design of fixed-bed gas-solid catalytic reactor, in: Chemical Reactor and Reactor Engineering, Marcel Dekker, New York, 1987.
[17]    آتشی، حسین؛ آراء، آرش؛ یعقوبی، قاسم؛"تعیین مدل و شبیه‌‏سازی راکتور تولید گاز سنتز". نشریه دانشکده مهندسی، (1385).