مهندسی شیمی

پایان نامه فرآیند: بررسی تولید گاز سنتز در راکتور کروناس پالسی

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی تولید گاز سنتز در راکتور کرونای پالسی

متن پایان نامه :
چکیده:
گاز سنتز (مخلوط گازهای هیدروژن و مونوکسید کربن) گازی بی رنگ و بی بو و سمی است که به عنوان ماده میانی مهمی در فرآیندهای پتروشیمی مانند واکنش های تبدیل گاز به مایع (GTL)، متانول، آمونیاک و غیره به کار می رود. روش های موجود برای تولید گاز سنتز به دلیل نیازمندی به شرایط خاص معمولا بسیار پرهزینه است. بنابراین به کارگیری یک روش جایگزین سهل و کم هزینه می تواند جذاب باشد. به عنوان مثال استفاده از پلاسمای سرد (پالسی و غیر پالسی) می تواند یکی از این گزینه های جذاب باشد. در این پروژه راکتور پلاسمای پالسی کرونای مثبت با راکتور نقطه – صفحه ای برای تبدیل گاز متان در حضور اکسیژن به گاز سنتز به کار گرفته شده است. بعد از برپایی یک مجموعه آزمایشگاهی، تاثیر پنج پارامتر فرکانس پالس (۱۰۰۰ تا ۵۰۰۰ هرتز)، ولتاژ (۵ تا ۱۰ کیلوولت)، فاصله الکترودها (۵ تا ۱۰ میلیمتر)، نسبت CH4:O2 (2 تا ۴) و دبی گاز ورودی به راکتور (۲۵۰ تا ۵۰۰ سی سی در دقیقه) در دو مرحله و ۳ سطح بر میزان درصد تبدیل متان، گزینش پذیری هیدروژن و مونوکسید کربن، نسبت H2:CO و توان مصرفی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها براساس روش فاکتوریل کامل (full factorial) طراحی شدند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که: ولتاژ، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی به راکتور، بر روی درصد تبدیل متان، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی و ولتاژ بر روی گزینش پذیری مونوکسید کربن، نسبت CH4:O2 بر روی نسبت H2:CO، و نسبت CH4:O2 و دبی گاز ورودی به راکتور بر روی انرژی مصرفی به ترتیب ذکر شده موثر هستند. در حالت بهینه سیستم میزان تبدیل متات ۴۳,۳۷%، گزینش پذیری مونوکسید کربن ۵۰,۲۴%، گزینش پذیری هیدروژن ۷۵,۱۱%، نسبت H2:CO 2,99 و انرژی مصرفی ۱۸,۱۸ conv. mj/m3 methane می باشد.
مقدمه:
گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن) به عنوان یک ترکیب حد واسط بسیار پراهمیت در صنایع پتروشیمی برای انجام واکنش های گاز به مایع (GTL) و تولید هیدروکربن هایی ارزشمند مانند متانول، آمونیاک و. جایگاهی ویژه در تحقیقات مرتبط با صنایع پتروشیمی، جهت بهینه سازی فرآیندها و در نتیجه افزایش بهره وری واحدها و فرآیندها از جهت افزایش بازده و کاهش انرژی مصرفی دارد.
روش های مرسوم تولید گاز سنتز مانند اکسیداسیون جزیی متان و رفرمینگ با بخار، به ترتیب با نیاز به انرژی حرارتی بالا و کاتالیزور، روش های پرهزینه ای به شمار می روند. از این رو چالشی بزرگ در پیش روی به کارگیری گاز سنتز وجود دارد. به این ترتیب تعیین یک روش کم هزینه تر و یا پربازده تر مطلوب تواند بود.
به همین دلیل پژوهش های فراوانی برای یافتن یک روش جایگزین انجام گرفته است. فن آوری هایی مانند: راکتورهای غشایی، ریفورمر مبدل حرارتی و راکتورهای پلاسما از جمله دست آوردهای این تحقیقات می باشند.
راکتورهای پلاسما در طی این مدتی که از کاربردشان به صورت جدی در زمینه تحقیقاتی (و البته نیمه صنعتی و صنعتی) می گذرد نشان داده اند، که با ایجاد زمینه ای مناسب جهت کاهش انرژی و در نتیجه هزینه های مربوط، گامی روبه جلو در صرفه جویی مصرف انرژی می باشند.

99