بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تبدیل گاز سنتز استاندارد به هیدروکربنهای خطی در یک رآکتور فیشر-تروپش بستر ثابت تک لولهای با استفاده از تکنیک CFD مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از یک مدل دو بعدی شبه همگن شامل معادلات انتقال و سرعت واکنش استفاده و توسط کدهای محاسباتی، حل عددی شده است. رآکتور از نوع پوسته و لوله بوده که با کاتالیستهای لولهای پایه آهن پر شده است.
شرایط عملیاتی بدین قرار است: دمای سیال خنک کننده 555 کلوین، فشار 17 بار و دبی مولی گاز سنتز ورودی معادل با .0335 رفتار پیشبینی شده میزان تبدیل کربن منوکسید و هیدروژن، میزان تولید هیدروکربنها و دمای سیال در طول محور رآکتور مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج حاصل از این شبیه سازی توسط دادههای تجربی موجود، مورد اعتباری سنجی قرار گرفت و تطابق خوبی بین این دو مشاهده شد.
-1 مقدمه
یکی از راههای استفاده از گاز طبیعی تبدیل آن به مواد ارزشمند دیگر است. سنتز فیشر-تروپش1 روشی مناسب جهت تبدیل گاز طبیعی، زغال سنگ و یا ضایعات زیستی به محصولات با ارزشتر نظیر سوختهای مایع می باشد. فرآیند سنتز فیشر -تروپش، فرآیند است کاتالیستی که طی آن از گاز سنتز، که متشکل از و است، هیدروکربنهای مایع تولید میشوند. گستره محصولات بدست آمده با توجه به شرایط عملیاتی و نوع کاتالیزور بکار رفته از تا است. جدول 1 مجموعه واکنشهای درگیر در سنتز فیشر-تروپش را نشان میدهد.
الکلها: اکسیداسیون کاتالیستی:
با پیشرفت تکنیکهای عددی در حل مسائل پیچیده، استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در زمینه شبیه سازی رآکتورهای سنتز فیشر-تروپش نیز مورد توجه واقع شده است. در این تحقیق فرآیند سنتز-فیشر تروپش دما پائین در رآکتور بستر ثابت لولهای با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی مورد مطالعه قرار گرفته است و هدف از انجام آن، پیش بینی عملکرد رآکتور شامل پروفایلهای دما، فشار و غلظت، میزان پیشرفت واکنش و توزیع محصولات میباشد.
تاکنون محققین زیادی از کدهای دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی واکنشهای سنتز فیشر-تروپش استفاده کردهاند. [1] Brunner از مدلی یک بعدی و شبه همگن برای پیبردن به اثر شکل و اندازه کاتالیست بر تخلخل بستر، ضریب انتقال حرارت کلی و ضریب تاثیر کاتالیست، استفاده کرد. علیقلیزاده [2] از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی برای شبیه سازی میزان تبدیل و توزیع محصولات در رآکتور بستر ثابت، بهره گرفت. [3] Chabot در شبیه سازی خود، از یک مدل دو بعدی شبه همگن برای بررسی تاثیر اندازه لوله بر رفتار حرارتی و عملکرد رآکتور بستر ثابت در فرآیند دما پائین، استفاده کرد. در تحقیق حاضر، بر خلاف مدلهای فوق، تاثیر ترمهای جابجایی شعاعی و نفوذ محوری در مسئله لحاظ شده است.
-2 روش پژوهش
-1-2 توصیف فرآیند
سیستم مورد شبیه سازی شامل رآکتوری عمودی و بستر ثابت بوده که مجموعه واکنشهای سنتز فیشر-تروپش در بستر پر شده از کاتالیستهای کروی رخ میدهد. طول رآکتور 2 متر، قطر داخلی آن 27,2 میلیمتر و ضخامت دیواره آن 3,05 میلیمتر میباشد. خوراک گازی با نسبت هیدروژن به منوکسید کربن 2 از بالای رآکتور وارد شده و به سمت پائین جریان مییابد. دیگر شرایط عملیاتی در جدول 2 لیست شده است .[14]
-2-2 مدل ریاضی
برای شبیه سازی رآکتور لولهای سنتز فیشر-تروپش، از یک مدل شبه همگن دو بعدی در راستای محور و شعاع استفاده شده و با توجه به تقارن موجود، محور لوله، محور تقارن فرض شده است. بستر پر شده نیز با استفاده از دیدگاه محیط متخلخل مدل شده و جریان عبوری از آن دارای رژیم آرام میباشد.
