دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی سینتیکی تولید گاز سنتز به روش اکسیداسیون جزئی متان

چکیده:

گاز سنتز کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارد از این گاز در صنایع شیمیایی و پتروشیمی برای تولید محصولات مهمی همچون هیدروژن، متانول، آمونیاک و… و در صنایع ذوب و شکل دهی فلزات برای احیاء استفاده می گردد. در تکنولوژی های صنعتی تبدیل گاز طبیعی به هیدروکربن های مایع (GTL) مرحله نخست تولید گاز سنتز می باشد. بنابراین بهینه کردن فرآیند تولید گاز سنتز از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از باصرفه ترین روش های تولید گاز سنتز اکسیداسیون جزئی کاتالیستی گاز طبیعی می باشد. در این پروژه راکتور کاتالیستی واکنش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی مدلسازی شده و شرایط بهینه عملیاتی به دست آمده است. کاتالیست مورد استفاده در این راکتور Ni/a-Al2O3 می باشد. برای به دست آوردن حداکثر بازده می بایست نسبت دبی مولی متان به هوای ورودی 0,042 و دمای گاز خروجی در محدوده 1250 – 1150 درجه کلوین باشد. همچنین در این مدلسازی از یک کوره الکتریکی جهت تغییر دمای گاز داخل راکتور و نهایتا تغییر میزان تبدیل متان و گزینش پذیری گاز سنتز استفاده شده است.

مقدمه

گاز سنتز (H2 و CO) کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی دارد. از گاز سنتز برای تولید محصولاتی نظیر آمونیاک، متانول و… استفاده می شود و در صنایع غذایی برای تولید هیدروژن به کار می رود. همچنین به دلیل داشتن خاصیت احیاکنندگی در صنایع فولادسازی و ذوب فلزات کاربرد دارد. در حال حاضر تنها مسیر ساده برای تبدیل گاز طبیعی فراوان و ارزان قیمت به محصولات باارزش افزوده بالا، از طریق تبدیل آن به گاز سنتز می باشد. بنابراین بهینه سازی فرآیند تولید آن از اهمیت خاصی برخوردار است. در فصل اول این پروژه ابتدا به اهمیت گاز سنتز و کاربردهای آن اشاره شده است و سپس روش ها و فرآیندهای صنعتی تولید آن بررسی گردیده است. یکی از روش های تولید گاز سنتز اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی است که در معرض کاتالیست Ni/a-Al2O3 صورت می گیرد. در فصل دوم سنتیک و مکانیسم واکنش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی بررسی شده و به مطالعاتی که در ارتباط با مدلسازی و نقش پارامترهای موثر بر عملکرد راکتور صورت گرفته، اشاره گردیده است. در فصل 3 معادلات ریاضی حاکم بر راکتور کاتالیستی را با استفاده از قوانین بقای جرم و انرژی به دست آورده و راکتور به صورت پایا مدلسازی شده است. در فصل 4 تأثیر پارامترهای مختلف بر عملکرد راکتور گاز سنتز بررسی گردیده و شرایط بهینه عملیاتی به دست آمده است. در فصل 5 نتایج و نمودارهای لازم برای تغییرات هریک از اجزاء واکنش رسم شده و در انتها نتایج پروژه و پیشنهادات لازم ارائه شده است.

فصل اول

گاز سنتز، اهمیت، کاربردها و روش های تولید آن

1-1- اهمیت گاز سنتز

فرآورده های جهانی از گاز طبیعی در نتیجه کشف میادین جدید نفتی و گازی و افزایش روش های تبدیل آن افزایش می یابد. در بسیاری از مناطق جهان از جمله ایران گاز طبیعی به وفور یافت می شود و قیمت آن نیز بسیار پایین است. ترکیب درصد گاز طبیعی بسیار گوناگون است، اما عمده آن متان می باشد. سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی، اتان، پروپان، بوتان، پنتان و نیتروژن، دی اکسید کربن و ترکیبات گوگرددار می باشد. گاز طبیعی از مخازن زیرزمینی صرفا گازی و یا منابع همراه با نفت خام قابل استحصال است. منبع دیگر تولید این گاز تجزیه باکتریایی مواد آلی می باشد. گاز طبیعی به عنوان محصولات جانبی در پالایشگاه ها نیز تولید می گردد.

در جدول (1-1) میزان تولید گاز طبیعی و همچنین میزان گاز طبیعی سوخته شده در سال 1973 و 1981 و 1992 نشان داده شده استو همانطور که مشاهده می شود تولید گاز طبیعی در سال 1992 نسبت به سال 1973 حدود 60% افزایش داشته است و همچنین درصد گازهای سوخته شده از 13% به 4% کاهش یافته است. یکی از دلایل این کاهش تزریق مجدد گاز طبیعی به چاه می باشد. اما به دلیل هزینه فشرده سازی گزان قیمت است.

گاز طبیعی قبل از استفاده تجاری، برای خارج ساختن بخارآب، هیدروکربن های مایع، مواد نمکی، ترکیبات گوگرددار و مواد بی اثر، تحت فرآیند تصفیه قرار می گیرد. هیدروکربن های قابل میعان، عموما توسط سرد کردن گاز و شستشو با یک مایع هیدروکربوری، جدا می شوند. این هیدروکربن های عموما پروپان، بوتان و پنتان می باشد. تصفیه گاز می تواند در روی دهانه چاه یا یک ایستگاه مرکزی صورت گیرد. گاز طبیعی فرآوری شده، شامل حجم زیادی متان (بین 75 تا 95 درصد) و مقادیری از اتان، پروپان، بوتان و حتی دی اکسید کربن و نیتروژن بوده و عمدتا بدون گوگرد است. جدول (1-2) ترکیب درصد دو نوع جریان گاز طبیعی غنی و سبک را نشان می دهد. گاز طبیعی نوع سبک دارای 95% یا بیشتر گاز متان است. اما نوع غنی حدود 15% یا بیشتر اجزاء آن اتان و محصولات سنگین تر است. در مورد دوم جداسازی اجزاء سنگین تر دارای صرفه اقتصادی است زیرا LNG و LPG دارای ارزش بالایی است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.