مدل سازي اثرات دما و فشار بر تشكيل نقطه داغ در راكتور بستر ثابت سنتز فيشر-تروپش

Modeling Temperature and Pressure Effects on Hot Spot Formation in Fischer-Tropsch Fixed Bed Reactor

فرآيند فيشر- تروپش، براي تبديل گاز سنتز به محصولات پارافيني و اولفيني، يكي از فرآيندهاي در حال گسترش در جهان و به خصوص در ايران مي‌باشد. هدف از اين مطالعه بررسي اثر فشار و دماي خوراك برتشكيل نقطه داغ توسط شبيه سازي راكتور فرآيند مي باشد. شبيه‌سازي راكتور بستر ثابت فرآيند GTL با تكنيك ديناميك سيالات محاسباتي توسط نرم‌افزار متلب انجام شده است. همچنين سينتيك‌هاي ارايه شده در مقالات براي فرآيند فيشر- تروپش مورد مقايسه قرار گرفته است. مدل سازي به صورت دو بعدي انجام گرفته و جريان درون راكتور آرام مي باشد. همچنين براي حل معادلات از روش حجم محدود استفاده شده است.نتايج حاصل از مدل‌سازي سنتز فيشر- تروپش حاكي از آن است كه امكان ايجاد نقاط داغ در قسمت ابتدايي بستر به علت تمركز واكنش‌ها بيشتر است. افزايش دماي راكتور باعث افزايش ميزان تبديل واكنش گرها و راندمان توليد محصولات مي‌شود. افزايش دماي خوراك ورودي افزايش دماي نقطه داغ را به دنبال خواهد داشت. با توجه به نتايج مدل‌سازي، دما وفشار بهينه معادل K 565 و bar 20 مي‌باشد. همچنين مشخص شد كه با افزايش فشار و به تبع آن افزايش دما، راندمان توليد محصول C7+ افزايش يافته و همين امر باعث افزايش توليد هيدروكربن‌هاي خطي مي‌شود.

Fischer-Tropsch process is one of the developing processes in the world, and especially in Iran, for the conversion of synthesis gas into paraffin and olefinic products. The purpose of this study was to investigate the effect of feed temperature and pressure on hot spot formation by means of reactor simulation. The simulation of GTL process fixed bed reactor is carried out by Matlab software package using computational fluid dynamics. Also, the kinetics proposed for Fischer-Tropsch process in the literature has been compared. Two-dimensional modeling was performed and flow regime within the reactor was considered laminar. The finite volume method was used to solve the equations. The results of the process modeling suggest that hot spot formation is more possible in bed primary section because of reaction concentration. Increasing reactor temperature resulted in an enhancement of reactant conversion and product yield. Raising feed temperature causes hot spot temperature to increase. According to the modeling results, the optimum temperature and pressure are equal to 570 K and 20 bar respectively. It was also found that increasing pressure and consequently temperature increased C7+ product yield, which in turn will increase the production of linear hydrocarbons.