شبيه سازي راكتور بستر ثابت سنتز فيشر- تروپش در فرايند GTL با استفاده از فناوري ديناميك سيالات محاسباتي

Fischer-Tropsch Synthesis Simulation in a Fixed Bed GTL Reactor Using CFD Technique

در اين مطالعه تبديل گاز سنتز استاندارد به هيدروكربن هاي خطي در يك راكتور فيشر تروپش بستر ثابت تك لوله اي با استفاده از فناوري ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور از يك مدل جامع دو بعدي شبه همگن شامل معادله هاي بقاي جرم، انرژي، مومنتوم و اجزا و همچنين سرعت واكنش استفاده و توسط كد هاي محاسباتي، حل عددي شده است. راكتور از نوع پوسته و لوله بوده كه با كاتاليست هاي كروي پايه كبالت پر شده بود. شرايط عملياتي بدين قرار بود: دماي سيال خنك كننده 555 كلوين، فشار 17 بار و شدت جريان مولي گاز سنتز ورودي معادل با gmole/s 0335. رفتار پيش بيني شده ميزان تبديل كربن مونوكسيد و هيدروژن، ميزان توليد هيدروكربن ها، افت فشار و دماي سيال در طول محور راكتور مورد تجزيه قرار گرفت. نتيجه هاي به دست آمده از اين شبيه سازي با داده هاي تجربي موجود، اعتباري سنجي شد. مدل رياضي مورد استفاده، ميزان تبديل كربن مونوكسيد و هيدروژن را به ترتيب برابر با 46 و 49 درصد پيش بيني كرد كه در مقايسه با مقدارهاي تجربي، به ترتيب خطاي مثبت 15 و 14 درصدي را نشان داد. در مورد فراورده هاي واكنش، بيش ترين خطاي به دست آمده در پيش بيني ميزان توليد پروپان با 14درصد به دست آمد كه نشان از تطابق خوب بين نتيجه هاي به دست آمده از مدل و داده هاي تجربي دارد.

In this study, the conversion of standard synthesis gas to linear hydrocarbons is investigated in a single tube Fischer-Tropsch reactor using computational fluid dynamics. For this, a precise two-dimensional pseudo-homogeneous model includes momentum, mass, and energy conservation equations along with species and reaction kinetics relations was developed and numerically solved by computational codes. The shell and tube reactor was filled with spherical cobalt-based catalysts. The operating condition was as follows: coolant temperature: 555 K, pressure: 17 bar and inlet synthesis gas molar flow rate: 0.0355gmole/s. The values of carbon monoxide and hydrogen conversions, hydrocarbon productions, pressure drop and fluid temperature on the reactor axis was analyzed. The simulation results were validated by comparison with experimental data. The implemented mathematical model predicted the conversion of carbon monoxide and hydrogen equal to 46% and 49%, respectively that was overpredicted in comparison with experimental ones. In the case of reaction products, maximum error was occurred in the propane production rate, 14%, which indicates a good agreement between mathematical results and experimental data.