مهندسی گاز ایران

مقایسه مدل‌سازی کوپل حرارتی فرآیند کاتالیستی تری ریفورمینگ متان و هیدروژن زدایی از متانول در بستر ثابت و بستر سیال

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مرودشت، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مرودشت، ایران

3 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی، مرودشت، ایران

چکیده

در این پیکربندی، کوپل حرارتی دو فرآیند ازنظر بستر کاتالیستی موردمطالعه قرار گرفته است. بستر کاتالیستی شامل بستر ثابت و بستر سیال است. فرآیندهای مورد مطالعه در این پروژه فرآیند تری ریفورمینگ متان در بخش گرماده و فرآیند هیدروژن زدایی از متانول در بخش گرماگیر است که به‌طور جداگانه در راکتور پلاگ انجام می‌گیرند. در این مدل‌سازی یک‌بار فرآیند تری ریفورمینگ متان در بستر ثابت و یک‌بار در بستر سیال با فرآیند هیدروژن زدایی از متانول در بستر ثابت به روش کوپل بهبود یافته، کوپل شده‌اند و نتایج آن‌ها مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از این مدل‌سازی حاکی از امکان‌پذیر بودن کوپل دو فرآیند است. در این پروژه یک مدل هموژن، یک‌بعدی و پایا برای پیش‌بینی رفتار این راکتورها در نظر گرفته شده است. میزان تبدیل متان در بستر ثابت و بستر سیال به ترتیب در بخش گرماده ۹۲/۹ و ۹۰ درصد و همچنین بازده تولید هیدروژن در بستر ثابت و بستر سیال به ترتیب ۱/۸ و ۱/۷۵ و نسبت H2/CO در راکتور بستر ثابت و سیال به ترتیب ۱/۹۴، ۲/۰۲ به‌دست‌آمده است. به‌طورکلی طبق نتایج به‌دست‌آمده عملکرد کوپل بستر ثابت برای این پیکربندی نسبت به کوپل بستر سیال عملکرد بهتری در تبدیل متان و بازده تولید هیدروژن داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparing the Modeling of Thermal Coupling of the Catalytic Processes of Methane Triforming and Methanol Dehydrogenation in Fixed and Fluid Beds

نویسندگان [English]

  • Marjan zare 1
  • Zahra Arab Aboosaadei 2 3

1 M.Sc Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Marvdasht,, Iran,

2 Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Marvdasht,, Iran

3 Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University, Marvdasht,, Iran

چکیده [English]

In this configuration, the thermal couplings of two processes in terms of catalytic bed have been studied. The catalytic bed contains a fix bed and a fluid bed. The processes under study in this project are the methane tri-reforming process in the calefactory section and the methanol dehydrogenation process in the endothermic section, which are carried out separately in the plug reactor. In this modeling, once a methane tri-reforming process in a fixed bed and once in a fluid bed with a methanol dehydrogenation process in a fixed bed in improved coupling method are coupled, and their results have been studied and compared. The results of this modeling indicate the feasibility of coupling of the two processes. In this project, a homogeneous, one-dimensional and stable model is proposed to predict the behavior of these reactors. The rates of methane conversion in the fixed bed and in the fluid bed in the calefactory section were obtained as 92.9% and 90%, respectively; and the yields of hydrogen in the fixed bed and fluid bed were obtained as 1.8 and 1.75, respectively; and the H₂/CO ratio in the fixed bed and fluid bed ware obtained as 1.94 and 2.02, respectively. Generally, according to the results, the yield of the fixed bed coupling for this configuration is more favorable in methane conversion and yields of hydrogen than that of the fluid bed coupling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Methane Tri-Reforming
  • Methanol Dehydrogenation
  • Fixed Bed
  • Fluid Bed
  • Thermal Coupling Reactor
  1. Aboosadi, Z. A., Jahanmiri, A., & Rahimpour, M. (2011). Optimization of tri-reformer reactor to produce synthesis gas for methanol production using differential evolution (DE) method. Applied Energy, 88(8), 2691-2701.
  2. Bakhtyari, A., Mohammadi, M., & Rahimpour, M. R. (2015). Simultaneous production of dimethyl ether (DME), methyl formate (MF) and hydrogen from methanol in an integrated thermally coupled membrane reactor. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 26, 595-607.
  3. Barbieri, G., & Di Maio, F. P. (1997). Simulation of the methane steam re-forming process in a catalytic Pd-membrane reactor. Industrial & engineering chemistry research, 36(6), 2121-2127.
  4. Daizo, K., & Levenspiel, O. (1991). Fluidization engineering.
  5. Davidson, j.F.,Harisson,D. (1963). Fludized particles. Cambridge university press, New York.
  6. Farniaei, M., Abbasi, M., Rahnama, H., Rahimpour, M. R., & Shariati, A. (2014). Syngas production in a novel methane dry reformer by utilizing of tri-reforming process for energy supplying: modeling and simulation. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 20, 132-146.
  7. Farniaei, M., Rahnama, H., Abbasi, M., & Rahimpour, M. R. (2014). Simultaneous production of two types of synthesis gas by steam and tri‐reforming of methane using an integrated thermally coupled reactor: mathematical modeling. International Journal of Energy Research, 38(10), 1260-1277.
  8. Friedler, F. (2010). Process integration, modelling and optimisation for energy saving and pollution reduction. Applied Thermal Engineering, 30(16), 2270-2280.
  9. Goosheneshin, A., Maleki, R., Iranshahi, D., Rahimpour, M., & Jahanmiri, A. (2012). Simultaneous production and utilization of methanol for methyl formate synthesis in a looped heat exchanger reactor configuration. Journal of Natural Gas Chemistry, 21(6), 661-672.
  10. Huang, X., Cant, N., Wainwright, M., & Ma, L. (2005). The dehydrogenation of methanol to methyl formate: Part II. The effect of chromia on deactivation kinetics for copper-based catalysts. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 44(3), 403-411.
  11. Khajeh, S., Aboosadi, Z. A., & Honarvar, B. (2014). A comparative study between operability of fluidized-bed and fixed-bed reactors to produce synthesis gas through tri-reforming. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 19, 152-160.
  12. Khajeh, S., Aboosadi, Z. A., & Honarvar, B. (2015). Optimizing the fluidized-bed reactor for synthesis gas production by tri-reforming. Chemical Engineering Research and Design, 94, 407-416.
  13. Mori, S., & Wen, C. (1975). Estimation of bubble diameter in gaseous fluidized beds. AIChE journal, 21(1), 109-115.
  14. Rahnama, H., Farniaei, M., Abbasi, M., & Rahimpour, M. R. (2014). Modeling of synthesis gas and hydrogen production in a thermally coupling of steam and tri-reforming of methane with membranes. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20(4), 1779-1792.
  15. Ramaswamy, R. (2006). Steady-state and dynamic reactor models for coupling exothermic and endothermic reactions. Washington University. Ph. D thesis.
  16. Song, C. (2001). Tri-reforming: a new process for reducing CO2 emissions. Chemical innovation, 31(1), 21-26.
  17. Zhang, Y., Cruz, J., Zhang, S., Lou, H. H., & Benson, T. J. (2013). Process simulation and optimization of methanol production coupled to tri-reforming process. International Journal of Hydrogen Energy, 38(31), 13617-13630.
مهندسی گاز ایران
دوره 5، شماره 2 - شماره پیاپی 8
اسفند 1397
صفحه 20-30
  • تاریخ دریافت: 04 اردیبهشت 1401
  • تاریخ پذیرش: 04 اردیبهشت 1401