بررسی فرآیند تولید هیدروژن به روش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی در یک مبدل غیرکاتالیستی بزرگ و مقایسه آن با فرآیند رفورمینگ متان در مبدل کاتالیستی کوچک

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نوشهر، نوشهر، ایران

2 گروه مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران،

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز، تهران، ایران،

4 دانشکدۀ علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

doi
10.22060/mej.2021.18268.6788
چکیده

در قسمت اول تحقیق مبدل گاز طبیعی غیرکاتالیستی به روش عددی تحلیل می‌گردد. معادله‌های حاکم شامل معادله بقای جرم، اجزا با مدل احتراقی، اتلاف‌های گردابی با استفاده از مکانیزم GRI - 1.2، اندازه حرکت و بقای انرژی با مدل آشفتگی رینولدز است. نتایج قسمت اول نشان می‌دهد که افزایش فشار، تبدیل متان به هیدروژن را افزایش می‌دهد اما از فشار 3 مگا پاسکال به بالا تولید هیدروژن تقریباً ثابت می‌ماند. همچنین اگر نسبت اکسیژن به گاز طبیعی تا 66/0 افزایش یابد، دما افزایش یافته و غلظت متان در گاز خروجی کاهش و از طرفی هیدروژن تولیدی افزایش می‌یابد. بعلاوه با افزایش نسبت بخارآب به گاز طبیعی، دما در مبدل کاهش یافته و نسبت هیدروژن به مونوکسید کربن در خروجی افزایش می‌یابد. سپس برای رفع چالش نقطه داغ در این مبدل‌ها، رفورمینگ بخار متان بررسی شد. از معادله‌های بقای جرم، برینکمن، انتقال اجزا و انرژی برای مبدل کاتالیستی چند لوله‌ای استفاده شد. اثر دمای ورودی لوله‌های گرم‌کننده در مبدل کاتالیستی، نسبت متان به بخارآب و همچنین پیکربندی لوله‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دمای ورودی لوله‌های گرم‌کننده، نسبت متان به بخارآب به حدود 0/25 می‌رسد و رفورمینگ افزایش می‌یابد.