بررسي اثر دما و نسبت بخار به كربن بر عملكرد واكنش ريفورمينگ متان با بخار

یكی از مهمترین فرآیندهای صنعتی برای تولید هیدروژن، ریفورمینگ متان با بخار آب می باشد. این فرآیند عموماً در درون راكتورهای پر شده با كاتالیست های نیكل و در دمای بالا صورت می گیرد. در این مقاله، شبیه سازی فرآیند ریفورمینگ متان به منظور بررسی اثر پارامترهای مختلف از قبیل دما و نسبت مول بخار به مول كربن بر میزان تبدیل متان و گزینش پذیری دی اكسید كربن و هم چنین تاثیر دمای ورودی خوراك بر تغییرات دما در طول راكتور، انجام شده است. معادلات دیفرانسیلی حاصل از موازنه جرم، مومنتم و انرژی، جهت مطالعه انتقال حرارت و جریان سیال در شبیه سازی حل شده اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد كه افزایش دما تاثیر مثبتی بر میزان تبدیل متان و تاثیر منفی بر گزینش-پذیری دی اكسید كربن دارد. هم چنین میزان تبدیل متان و گزینش پذیری دی اكسید كربن با افزایش نسبت مول بخار به مول كربن، بیشتر می گردد. به منظور معتبر كردن مدل ریاضی استفاده شده، نتایج شبیه سازی با داده های صنعتی مربوط به واحد ریفورمینگ متان با بخار آب واحد هیدروژن پالایشگاه تهران با موفقیت مقایسه شده است.

Steam reforming of natural gas is one of the most important industrial processes in hydrogen production. The present generation of industrial reformer consists of a furnace containing burners and hundreds of tubes packed with large nickel catalyst particles. The methane steam reforming reaction was investigated via modeling the reactor in order to find the effect of various conditions such as temperature and steam to methane ratio on the reformer performance. Energy equation and 3D Novier-Stokes model were solved in order to study the heat transfer and fluid flow of the system. The results show that increasing temperature has a positive influence on methane conversion and a negative effect on selectivity of CO2. Moreover, it shows that methane conversion is strongly affected by the steam to carbon ratio. In order to validate the model, the methane steam reformer of hydrogen plant at Tehran refinery is simulated. The results were successfully validated with the industrial data obtained from the hydrogen plant at Tehran refinery.