دانشگاه علم و صنعت ایران

دانشکده مهندسی شیمی

مدل‌سازی ریفرمر کاتالیستی مونولیتی خودگرمازا  برای تولید هیدروژن برای پیل‌های سوختی

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی شیمی گرایش ترموسینتیک

استاد راهنما:

دکتر سوسن روشن‌ ضمیر

اردیبهشت ماه   1390

فهرست مطالب

فصل 1: مقدمه  1

1-1- مقدمه. 2

فصل 2: مروری بر پیشینه تحقیق   6

2-1- مقدمه. 7

2-2- ریفرمینگ هیدروکربن‌ها 7

2-2-1- ریفرمینگ با بخار آب… 7

2-2-2- ریفرمینگ اکسایش جزئی… 9

2-2-3- ریفرمینگ خودگرمازا 11

2-3- مکانیزم واکنش برای ریفرمینگ متان.. 12

2-3-1- مدلهای سینتیکی برای ریفرمنیگ متان.. 14

2-3-2- مدلهای سینتیکی برای احتراق متان.. 18

2-3-3- مدلهای سینتیکی برای واکنش شیفت آب- گاز. 20

2-4- راکتورهای مورد استفاده برای فرآیند ریفرمینگ….. 21

2-5- مدل‌سازی‌های صورت گرفته برای راکتورهای مونولیتی… 22

2-6- نتیجه گیری… 33

فصل 3: ارائه‌ی مدل‌سازی   34

3-1- مقدمه. 35

3-2- مشخصات راکتور مونولیتی مدل‌سازی شده. 35

3-3- فرضیات و معادلات استفاده شده در مدل‌سازی… 37

3-3-1- مدل‌سازی مکانیزم واکنش….. 43

3-3-2- روابط سینتیکی برای ریفرمینگ خودگرمازای متان بر روی کاتالیست روتنیم  44

3-4- نتیجه‌گیری… 47

فصل 4: نتایج و بحث    49

4-1- مقدمه. 50

4-2- بررسی صحت مدل‌سازی… 50

4-1-1- مقایسه با نتایج آزمایشگاهی… 50

4-3- اثر میزان اکسیژن ورودی… 57

4-4- اثر میزان بخار‌آب ورودی… 62

4-5- بررسی اثر دمای گاز ورودی… 69

4-6- نتیجه‌گیری… 75

فصل 5: جمع‌بندی و پیشنهادات   76

5-1- مقدمه. 77

5-1-1- پیشنهادها 78

مراجع   79

پیوست                                                                                                90

فهرست اشکال

شکل (‏2‑1)-  نمایی از یک راکتور مونولیتی… 21

شکل (‏2‑2): کانتورهای دما بر روی سطح متقارن در x=0 در (a):  W/m.K76/2= k، W/m.K6/27= k، W/m.K2/55= k، W/m.K4/202= k، بر حسب درجه سانتیگراد. 31

شکل (‏2‑3): بازده ریفرمینگ بر مبنای هبدروژن و گاز سنتز در اثر تغییر توان حرارتی ورودی   32

شکل (‏3‑1)- راکتور استفاده شده توسط Rabe 36

شکل (‏3‑2)- سطح مش‌بندی شده هندسه مورد استفاده در مدل‌سازی… 37

شکل( ‏4‑1)- پروفایل غلظت گونه‌های شیمیایی حاصل از مدل‌سازی در شرایط آزمایشگاهی (1)- توان حرارتی kW 09/1. 53

شکل (‏4‑2)- پروفایل غلظت اجزاء در 5/2 میلی‌متر ابتدایی کانال (الف): بخارآب (ب): متان، اکسیژن، دی‌اکسیدکربن و هیدروژن (ج) مونواکسید کربن (توان حرارتی ورودی kW 09/1) 54

شکل (‏4‑3)- پروفایل دمای حاصل از مدل‌سازی در شرایط آزمایشگاهی (1)- توان حرارتی kW 09/1 55

شکل (‏4‑4)- پروفایل دمای حاصل از مدل‌سازی در شرایط آزمایشگاهی (2)- توان حرارتی kW 97/0 55

شکل (‏4‑5)- پروفایل غلظت هیدروژن در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (9/2 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 58

شکل (‏4‑6) – پروفایل غلظت مونو‌اکسید‌کربن در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی   (9/2 = H₂O /CH₄  ، توان حرارتی kW 09/1) 59

شکل (‏4‑7) – پروفایل غلظت دی‌اکسید‌کربن  در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی   (9/2 =H₂O /CH₄  ، توان حرارتی kW 09/1) 59

شکل (‏4‑8)- پروفایل غلظت متان در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (9/2 =H₂O /CH₄  ، توان حرارتی kW 09/1) 60

شکل (‏4‑9)- اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی بر روی میزان تبدیل متان  (9/2 =H₂O /CH₄  ، توان حرارتی kW 09/1) 60

شکل (‏4‑10)- پروفایل دما در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (9/2 =H₂O /CH₄  ، توان حرارتی kW 09/1) 61

شکل (‏4‑11)- پروفایل غلظت هیدروژن در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (8/3 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 63

شکل (‏4‑12)-  پروفایل غلظت مونو‌اکسید‌کربن  در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی   (8/3 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 64

شکل (‏4‑13)- پروفایل غلظت دی‌اکسید‌کربن  در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی   (8/3 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 64

شکل (‏4‑14)- پروفایل غلظت متان در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (8/3 = H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 65

شکل (‏4‑15)- اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی بر روی میزان تبدیل متان  (8/3 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 66

شکل (‏4‑16)- پروفایل دما در اثر تغییر میزان اکسیژن ورودی  (8/3 =H₂O /CH₄ ، توان حرارتی kW 09/1) 66

شکل (‏4‑17)- تأثیر افزایش بخارآب بر روی ترکیب درصد متان خروجی از راکتور. 68

شکل (‏4‑18)- اثر دمای گاز ورودی بر روی ترکیب درصد متان خروجی از راکتور. 70

شکل (‏4‑19)- اثر دمای گاز ورودی بر روی ترکیب درصد هیدروژن خروجی از راکتور. 71

شکل (‏4‑20)- اثر دمای گاز ورودی بر روی ترکیب درصد مونواکسید کربن خروجی از راکتور 71

شکل (‏4‑21)- اثر دمای گاز ورودی بر روی پروفایل دمای درون راکتور. 72

شکل (‏4‑22)- اثر دمای °C 450 در ورودی راکتور بر روی کانتور دمای درون آن.. 73

شکل (‏4‑23)- اثر دمای °C 500 در ورودی راکتور بر روی کانتور دمای درون آن.. 74

شکل (‏4‑24)-  اثر دمای °C 550 در ورودی راکتور بر روی کانتور دمای درون آن.. 74

شکل (‏4‑25)- اثر دمای °C 600 در ورودی راکتور بر روی کانتور دمای درون آن.. 75
فهرست جداول

جدول (‏3‑1)- پارامترهای سینتیکی برای کاتالیست 5% (انرژی اکتیواسیون بر حسب kJ/kmol) 45

جدول (‏3‑2)- ثوابت جذب مواد برای فرآیند ریفرمینگ خودگرمازا  46

جدول (‏3‑3)- ثوابت تعادلی برای فرآیند ریفرمینگ خودگرمازا  47

جدول (‏4‑1)-  مشخصات خوراک ورودی به راکتور در کار آزمایشگاهی… 51

جدول (‏4‑2)- مقایسه نتایج حاصل از مدل‌سازی با کار آزمایشگاهی در شرایط توان حرارتی kW 09/1 52

جدول (‏4‑3)- مقایسه نتایج حاصل از مدل‌سازی با کار آزمایشگاهی در شرایط توان حرارتی kW 97/0 52

جدول (‏4‑4)- تأثیر افزایش بخارآب بر روی yield هیدروژن (%) 67

جدول (‏4‑5)- تأثیر افزایش بخارآب بر روی yield مونواکسیدکربن (%) 67

جدول (‏4‑6)- تأثیر افزایش بخارآب بر روی yield دی‌اکسیدکربن (%) 68

 1-

• مقدمه

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.