مدل سازی راکتور کاتالیستی بستر ثابت ریفرمینگ متان برای تولید گاز سنتس

مدل سازی راکتور کاتالیستی بستر ثابت ریفرمینگ متان برای تولید گاز سنتس 2 *1 علی زینلی مجتبی ساعیمقدم اطالعات مقاله دریبفت مب : تیز 1395 پذیزػ مب : ؽ زی ر 1395 واشگان کلیدی: ریفز ی تب بس ع تش ذ عبسی وبتب یغت یى 1. دا ؾج ی دوتزی ذعی ؽی ی دا ؾ ب تزثیت ذرط 2. ػض یئت ػ ی ز ذعی ؽی ی دا ؾ ب ذعی ف ب ری بی ی ل چب مقدمه: 1. چکیده در ای مب یه ذ ریبضی ثزای او ؼ ریفز ی تب ثزای ت یذ بس ع تش در یه راوت ر ثغتز ثبثت ثب حض ر وبتب یغت یى ارائ ؽذ. ثزای ذ وزد راوت ر اثتذا اف فیشیىی ثیب ؽذ فزضیبت عبد و ذ ث ف رت ػجبرات ریبضی ثیب ؽذ ثب اعتفبد اس ؼبدالت ثمبی ا زصی ثمبی جز ذ ریبضی ثذعت آ ذ. ؼبدالت ارائ ؽذ ثزای ا تمب حزارت ا تمب جز ث زا ؼبدالت عی تیىی الس ث ف رت ث پی عت ث د ذ ثزای ح آ ب اس ز افشار ط ت اعتفبد ؽذ. ثب اعتفبد اس تبیج ذ ت سیغ غ ظت د ب ثبسد یذر ص در ط راوت ر ثزرعی ؽذ ذ اثز پبرا تز بیی ب ذ د ب فؾبر غجت ثخبر ث تب ثز ػ ىزد راوت ر ثزرعی ؽذ. در ا ت ب تبیج ذ ثب تبیج تجزثی مبیغ ؽذ. ا ز س اعتفبد اس بس ع تش ث ػ ا اعط ای ثزای ت یذ ع خت بی ت یش اد ؽی یبیی رد یبس ف ؼت رد ت ج ثغیبر لزار زفت اعت. اس بس ع تش یت ا ث ػ ا جغ یذر ص ثزای ت یذ آ یبن تب یذر ص د ی در ػ یبت پبالیؼ حتی ث ػ ا ع خت اعتفبد وزد [1-2]. چ ی ش ب ثب افشایؼ عزیغ قزف ع خت ج ب ی ث د ی رؽذ ف ؼت افشایؼ ج ؼیت ج د یه جغ ا زصی پبیذار پبن لبث اط ی ب ث اف ی تزی غئ ج ب ی تجذی ؽذ اعت. قزف سیبد فت ث د ی ت یذ لبث ت ج بس بی خب ای تبثیزات ثز ؾت بپذیز ضزی را ثز آة ا جت یؽ د. اس یب شی بی خت ف ا زصی یذر ص یت ا ذ ث ػ ا حت تزی ع خت عجش ثبؽذ و ت ب حق احتزاق آ آة اعت یچ ضبیؼبت سیغت حیطی او صیىی ذارد [3]. ثزای ت یذ یذر ص در میبط ثبال اس او ؼ تب ثب ثخبر 2 آة او ؼ ؽیفت آة- بس اعتفبد یؽ د [4]. ریفز ی تب تى صی رایج اف ی تزی فزای ذ ثزای ت یذ بس ع تش اعت. او ؼ بی اف ی ا جب ؽذ در ای فزای ذ ؽب د او ؼ اف ی سیز ی ثبؽ ذ و ى اعت زا ثب چ ذی او ؼ جب جی دی ز یش ثبؽ ذ و ثبػث ت یذ حق الت فزػی ی ؽ ذ ی ؼ ال در ذ عبسی ای فزای ذ اس آ ب فزف ظز ی ؽ د [5]. )1( )2( 2. water gas shift * یغ ذ غئ : zeinali_ali@yahoo.com 24

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... ا ز طزفی د او ؼ ثبال ثب یىذی ز ج غ ؽ د جز ث او ؼ سیز ی ؽ د: )3( در یه احذ ریفز ز ف ؼتی او ؼ ریفز ی تب در یه راوت ر ای در یه ثغتز وبتب یغتی یى ا جب ی ؽ د ؼ ال او ؼ ثغیبر عزیغ اعت ث ط ریى عزیؼب ث ؽزایط تؼبد ی رعذ. د بی او ؼ ریفز ی تب ثغیبر ثبال در حذ د 700 درج عب تی زاد اعت چ ی فؾبر در راوت ر در حذ د 15 تب 40 ثبر غجت ثخبر ث تب در حذ د 2 تب 4 اعت [6]. ثزای ثزرعی ػ ىزد ای راوت ر آ ب ی اس ت سیغ د ب تزویت او ؼ ی ت ا ذ مؼ اعبعی در طزاحی راوت ر عبخت وبتب یغت بعت چ ی ثذعت آ رد ؽزایط ػ یبتی ث ی ایفب و ذ. ث بثزای ثب ت ج ث ا یت او ؼ 3 ریف ر ی تب تبو تالػ بی ثغیبری ثزای ذ وزد ای راوت ر ؽذ اعت. فز ب ذس ىبرا [7] ریف ر ی تب را ثب در ظز زفت راوت ر ث ف رت آدیبثبتیه ذ وزد ذ. تبیج ذ آ ب ؾب داد و ؽزایط ث ی ثزای ثیؾی مذار تجذی در د بی C 650 فؾبر 3/5 MP غجت ثخبر ث تب 5 4 ثذعت یآیذ. اع یت ىبرا [8] او ؼ ریفز ی تب را در راوت ر ثغتز ثبثت ثزرعی وزد ؽزایط بعت ػ یبتی ثزای ثذعت آ رد بس ع تشی و ثزای ت یذ تب یذر ص بعت ثبؽذ را ثذعت آ رد ذ. چ ی طب ؼبتی در س ی ذ وزد ای فزای ذ ث ر ػ CFD ف رت زفت و ث ط ر 5 ثب یت ا ث وبر بی صای ىبرا [9] زاجؼ وزد. زچ ذ تبو طب ؼبتی در س ی ذ وزد راوت ر ثغتز ثبثت ریف ر ی تب.2 ؽذ ا جب اعت ی تحمیمبت حذ دی ج د دارد و ت سیغ غ ظت ث خق ؿ ت سیغ د ب ثبسد یذر ص ت یذی را ثق رت دلیك در ط راوت ر ثزرعی وزد ثبؽذ. در ای مب ت سیغ غ ظت د ب ثبسد یذر ص در ط راوت ر ثزرعی یؽ د چ ی اثز پبرا تز بیی ب ذ د ب فؾبر غجت ثخبر ث تب ثز ػ ىزد راوت ر ثزرعی یؽ د. مدلسازی ریاضی: ذف اف ی در ای لغ ت ثیب ذ ریبضی ثزای راوت ر اعت. ثزای ذ وزد راوت ر اثتذا اف فیشیىی ثیب ؽذ فزضیبت عبد و ذ ثق رت ػجبرات ریبضی ثیب یؽ ذ ثب اعتفبد اس ؼبدالت ثمبی ا زصی ثمبی جز ذ ریبضی ثذعت یآیذ. فزضیبت عبد و ذ : راوت ر ث ف رت یه ثؼذی در ظز زفت ؽذ اعت. 6 راوت ر در ؽزایط پبیب در ظز زفت ؽذ اعت. رفتبر راوت ر ث ف رت پالي در ظز زفت ؽذ اعت. ثغتز وبتب یغتی ث ف رت ؽج 7 در ظز زفت ؽذ اعت. رفتبر بس ث ف رت ایذ آ در ظز زفت ؽذ اعت. اس افت فؾبر فزف ظز ؽذ اعت ث بثزای یبس ث ح ؼبد ت ثزای تغییزات فؾبر یغت. در ؽى )1( ؽ بتیىی اس راوت ر ثغتز ثبثت ریفز ی تب ؾب داد ؽذ اعت. ثز ج بی فزضیبت عبد و ذ ثب ؽت ثیال ا زصی جز ثزای جشء ا ب dz اس راوت ر ی ت ا ؼبدالت ثمبی ا زصی ثمبی جز را ثز حغت د ب یشا تجذی )غ ظت( ثذعت آ رد و ای ؼبدالت ثق رت ر اثط )4( )5( آ رد ؽذ ا ذ. ثب ح ای ؼبدالت ت سیغ د ب غ ظت ثز حغت 3. Fernandez 4. Smet 5. Zhai 6. steady state 7. pseudo-homogeneous 25

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 ط راوت ر ثذعت یآیذ. [ ] )4( )5( (( ( ) ) در راثط )4( A c غبحت عطح 8 C Pi ضزیت وبرایی η حج خب ی ثغتز φ دا غیت وبتب یغت ρ cat دا غیت ثغتز ρ B ظزفیت حزارتی اد اعت. ضزیت وبرائی پبرا تزی اعت و ث ف رت غجت عزػت ؾب ذ ؽذ در راوت ر ث عزػت ظب زی تؼزیف ی ؽ د. عزػت ظب زی در راوت ر عزػتی اعت و ثب اعتفبد اس ؼبدالت )6( تب )8( ثذعت ی آی ذ ی دلت ؽ د و در ای عزػت ب اس مب ت ا تمب جز در در حفز ب فزف ظز ؽذ اعت ث بثزای ثزای در ظز زفت ای مب ت ب اس ضزیت وبرایی اعتفبد یؽ د. ضزیت وبرایی یت ا ذ مبدیزی ثی 0/01 تب 1 را داؽت ثبؽذ ی در ای جب اس مبدیزی و 9 ت عط ص ىبرا ثزای وبتب یغت یى ثزای او ؼ ریفز ی تب شارػ ؽذ اعت اعتفبد یؽ د [10]. در ؼبد )5( C Pi ظزفیت حزارتی یض اجشا خت ف غت تبثغ ؽذیذی اس د ب غت و تبثؼیت C p H 2 H 2 O CO )6( در ؼبدالت )6( آ رد ؽذ ا ذ [11]. ثزای CO 2 CH 4 در ؼبد )5( (T) Δ r H i یش تبثؼی اس د ب اعت ی ت ا تبثؼیت آ ثزای او ؼ بی 1 تب 3 غجت ث د ب را ث ف رت ؼبدالت )7( ؽت [12]. در ای ؼبدالت T ref ثزاثز ثب 298 و ی ا تخبة ؽذ اعت. ( ) ( ) ( ) )7( در ؼبد )5( U OR پبرا تز بی دی ز ثغت ی دارد اس راثط ضزیت و ی ا تمب حزارت اعت و ث پبرا تز بیی ب ذ لطز ضخب ت ج ظ دثی جزیب 10 پیؾ بدی ت عط دیىغ ث ف رت راثط )8( ثذعت ی آیذ [13]: 8. Overall effectiveness factor 9. Xu 10. Dixon 26

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... )8( شکل )1(: راوت ر وبتب یغتی ثغتز ثبثت او ؼ رفز ی تب پبرا تز Bi در راثط )8( ثزاثز ػذد ثبی ت ثغتز وبتب یغت اعت ث ف رت راثط )9( تؼزیف ی ؽ د: )9( پبرا تز بی α w D e k er در راثط )9( ث تزتیت ضزیت ا تمب حزارت دی ار ضزیت ذایت حزارتی ثغتز وبتب یغت لطز خبرجی راوت ر غت ذ. ثزای حبعج ضزیت ا تمب حزارت دی ار ضزیت ذایت حزارتی ثغتز وبتب یغت اس ر اثط پیؾ بدی 11 اعتفبد ؽذ ت عط اػ.[14] راوت ر بی ای ث ط ر غتزد ثزرعی ؽذ اعت 12 عی تیه او ؼ رفز ی تب ثز ر ی وبتب یغت یى ت عط س ىبرا در 13 [15]. ذ ی و ت عط س ارائ ؽذ اعت ثز پبی ىب یغ ال ئز اعت در ای تحمیك یش اس ای ذ اعتفبد ؽذ اعت. عی تیه او ؼ بی )1( تب )3( ثز پبی ای ىب یش ث تزتیت در ر اثط )10( تب )12( شارػ داد ؽذ ا ذ: )10( )11( )12( Ω )13( در ؼبدالت )10( تب )12( تب r 1 r 3 ث تزتیت ؼبدالت عی تیه عزػت ثزای او ؼ بی )1( تب )3( غت ذ ؤ ف i در خ ران اعت k i ضزیت عزػت او ؼ K a,i ضزیت جذة او ؼ P i K eq,i فؾبر جشئی ثبثت تؼبد او ؼ اعت. ثز اعبط لب 11. Wasch 12. Xu 13. Langmuir Hinshelwood 27

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 دا ت فؾبر جشئی اجشا خت ف ی ت ا ذ ثب اعتفبد اس ؼبدالت )14( حبعج ؽ ذ: )14( در ر اثط )14( P T فؾبر و در راوت ر اعت Ѳ غجت فالوظ ی ا ی اجشا خت ف غجت ث تب اعت غجت Y H2 فالوظ یذر ص ث فالوظ ا ی تب اعت X مذار تجذی اجشا خت ف اعت. ضزیت عزػت ( i k( ضزیت جذة ( a,i K( ثبثت تؼبد ( eq,i K( او ؼ پبرا تز بیی غت ذ و فمط ث د ب اثغت غت ذ ثب اعتفبد اس لب آر ی ط ؼبدالت )15( ثذعت ی آی ذ [12]: )15( ثبثت بی ج د در ؼبدالت )15( ثزای اجشا خت ف در جذ )1( آ رد ؽذ ا ذ. 3. نتایج و بحث: دعت ب ؼبدالت )4( )5( ث ف رت ػذدی در ز افشار ت ت ح ؽذ ذ. ثزای ح ؼبدالت اس Ode23s در ز افشار ت ت اعتفبد ؽذ. Ode23s 14 یه ح و ذ ؼبدالت دیفزا غی اعت و اس ر ػ ض ی را و تب زتج 4 اعتفبد ی و ذ. مبدیز پبرا تز بی ر دی ثزای ح غب چ ی مبدیزی و ث ف رت ثبثت در ظز زفت ؽذ ا ذ در جذ )2( آ رد ؽذ ا ذ. ؽى )2( ت سیغ د ب در ط راوت ر ثز حغت فؾبر بی خت ف ثزای حب تی و د بی دی ار راوت ر 600 درج عب تی 14. Implicit 28

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... T 0 زاد غجت ثخبر ث تب ثزاثز 3 اعت را ؾب ی د ذ. دلت ؽ د و در ای دار T w د بی دی ار راوت ر در خ ران ر دی ث راوت ر اعت. ثب ت ج ث ؽى )2( اثتذا د بی عیب در داخ راوت ر وب ؼ ی یبثذ و د ی آ قزف ثبالی ا زصی او ؼ د ذ ب در ر دی راوت ر اعت. در ر دی راوت ر چ غ ظت او ؼ د ذ ب سیبد اعت ث بثزای عزػت او ؼ ثبالتز اس لغ ت بی دی ز اعت ث بثزای عزػت ثبالی او ؼ در اثتذای راوت ر ثبػث قزف مذار سیبدی ز ب ی ؽ د ثبػث ضزیت عزػت او ؼ جدول )1(: پبرا تز بی عی تیىی ثزای او ؼ رفز ی تب مذار 240.1 kj.mole -1 1.8 10-4 (kmol.bar 0.5 /k gcat.h) k 1 7.6 (kmol.bar -1 /k gcat.h) k 2 2.2 10-5 (kmol.bar 0.5 /k gcat.h) k 3 E 1 67.1 kj.mole -1 E 2 243.9 kj.mole -1 E 3 مذار ضزیت جذة 40.9 bar -1 K a,co 2.9 10-2 bar -1 K a,h2 1.8 10-1 bar -1 K a,ch4 0.4 bar -1 K a,h2o -70.7 kj mole -1 ΔH CO -82.9 kj mole -1 ΔH H2-38.3 kj mole -1 ΔH CH4-88.7 kj mole -1 ΔH H2O مذار ثبثت تؼبد -75.3+7.6 10-2 T + 1.9 10-5 T 2 G 0,CH4-241.7 + 4.2 10-2 T + 7.4 10-6 T 2 G 0,H2O -109.9-9.2 10-2 T + 1.5 10-6 T 2 G 0,CO 0 G 0,H2-393.4 + 3.8 10-3 T + 1.3 10-6 T 2 پبرا تز ؽؼبع داخ ی راوت ر )cm( جدول )2(: پبرا تز بی ر دی ؾخقبت راوت ر بد مذار 6/6 2/54 12 3 R i l L Ѳ H2O ضخب ت راوت ر )cm( ط راوت ر )m( غجت ثخبر ث تب ) ( G 0,H2O 1 0/5 2100 0/01 0/30 0/01 817200 0 F CH 4 ε ρ cat η 1 η 2 η 3 U OR دثی تب ( -1 h )K.mol. تخ خ ثغتز دا غیت وبتب یغت ( -3 )Kg.m ضزیت وبرایی ثزای او ؼ 1 ضزیت وبرایی ثزای او ؼ 2 ضزیت وبرایی ثزای او ؼ 3 ضزیت و ی ا تمب حزارت ( -1.K )J. m 2.h -1 29

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 وب ؼ د ب در ر دی راوت ر یؽ د. ثب افشایؼ ط راوت ر مذار وب ؼ د ب ث عی ا تمب ز بی جبثجبیی اس دی ار راوت ر ججزا یؽ د ثبػث یؽ د د ب در ط راوت ر ث ز ر افشایؼ پیذا و ذ. وب ؼ فؾبر او ؼ ثبػث افشایؼ عزػت او ؼ رفت ی ؽ د ث بثزای ثب افشایؼ عزػت او ؼ رفت ثب ت ج ث ز ب یز ث د او ؼ وب ؼ د ب در فؾبر بی پبیی تز در اثتذای راوت ر ثیؾتز اعت. ت سیغ د بی ثذعت آ ذ ثب تبیج آس بیؾ ب ی ذ عبسی ا ىبرا [16] طجك اعت. ؽى بی )3( تب )5( ث تزتیت مذار تجذی تب مذار تجذی دی اوغیذ وزث شی ؼ پذیزی یذر ص را ثز حغت ط راوت ر در د بی دی ار 600 درج عب تی زاد ؾب ی د ذ. ثط ر و ی در او ؼ بیی ث فز ا ز a+b ثشر تز اس c+d ثبؽذ ثب افشایؼ فؾبر او ؼ ث ع ت حق الت پیؼ ی ر د ا ز a+b و چىتز اس c+d ثبؽذ او ؼ ث ع ت او ؼ د ذ ب پیؼ ی ر د. شکل :)2( ت سیغ د ب در ط راوت ر ثزای T 0=600 C T w=600 C شکل )3(: مذار تجذی تب در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C 30

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... شکل )4(: مذار تجذی دی اوغیذوزث در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C شکل )5(: شی ؼ پذیزی یذر ص در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C در او ؼ ریفز ی ثب ت ج ث او ؼ بی )1( )3( چ حب ت د ثزلزار اعت یؼ ی c+d ثشر تز اس a+b اعت ث بثزای ثب افشایؼ فؾبر او ؼ ث ع ت او ؼ د ذ ب پیؼ ی ر د ثب افشایؼ فؾبر مذار تجذی وب ؼ ییبثذ ثبػث وب ؼ مذار دیاوغیذوزث شی ؼ پذیزی یذر ص در حق الت یؽ د. ؽى بی )6( تب )9( ت سیغ د ب مذار تجذی تب مذار تجذی دیاوغیذ وزث شی ؼ پذیزی یذر ص را ثز حغت ط راوت ر در د بی 600 درج عب تی زاد فؾبر 5 ثبر ؾب ید ذ. دلت ؽ د و در ای دار ب ثزخالف دار بی لج ی و فؾبر تغیز ث د غجت ثخبر آة ث تب تغییز یو ذ. ب ط ر و در ؽى )6( ؾخ اعت تغییزات د ب در ر دی راوت ر ثب افشایؼ غجت ثخبر ث تب غجت ث حب تی و فؾبر تغییز یوزد و تز اعت و ی د ب در ت ب غجت بی ثخبر ث تب تمزیجب ثزاثز 485 درج عب تی زاد اعت و د ی آ ثبال ث د ظزفیت حزارتی ثخبر آة اعت و ثبػث ت سیغ 31

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 یى اختتز د ب یؽ د. اس طزف دی ز افشایؼ ثخبر آة ثبػث وب ؼ فؾبر جشئی تب یؽ د ثب ت ج ث آ و وب ؼ فؾبر ث فغ او ؼ رفت اعت ث بثزای مذار تجذی شی ؼ پذیزی حق الت ثب افشایؼ غجت ثخبر آة ث تب سیبد یؽ د تبیج ؽى بی )7( تب )9( یش ای ط ت را تبییذ یو ذ. چ ی ت سیغ یى اخت تز د ب در ط راوت ر ثب افشایؼ آة در تیج افشایؼ ظزفیت ز بیی ثبػث ی ؽ د و ػ ىزد راوت ر ث ف رت د ب شدیه ؽ د در تیج ثبػث افشایؼ مذار تجذی شی ؼ پذیزی حق الت یؽ د. ؽى بی )10( تب )12( اثز افشایؼ د بی دی ار راوت ر را ثز مذار تجذی تب مذار تجذی دیاوغیذ وزث شی ؼپذیزی یذر ص ؾب ید ذ. ثب ت ج ث ز ب یز ث د او ؼ )3( ثب افشایؼ د بی راوت ر عزػت او ؼ )3( افشایؼ ییبثذ ث بثزای مذار تجذی تب شی ؼپذیزی یذر ص افشایؼ ییبثذ و ای تبیج در ؽى بی )10( )11( آ رد ؽذ ا ذ. شکل :)6( ت سیغ د ب در ط راوت ر ثزای T 0=600 C T w=600 C شکل )7(: مذار تجذی تب در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C 32

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... شکل )8(: مذار تجذی دی اوغیذ وزث در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C شکل )9(: شی ؼ پذیزی یذر ص در ط راوت ر ثزای T 600=0 C T 600=w C ؽى )12( ؾب ید ذ و ثب افشایؼ د ب در فؾبر بی خت ف مذار تجذی دی اوغیذ وزث اثتذا افشایؼ عپظ وب ؼ ی یبثذ و د ی آ ز بسا ث د او ؼ ت یذ دی اوغیذ وزث یؼ ی او ؼ )2( اعت. او ؼ ت یذ دی اوغیذوزث یؼ ی او ؼ )2( او ؾی ز بسا اعت ث بثزای ثب ت ج ث یض ی او ؼ بی ز بسا اثتذا ثب افشایؼ د ب عزػت او ؼ ث ع ت حق الت پیؼ ی ر د ی لتی د ب اس مذار ؾخقی افشایؼ پیذا وزد او ؼ ث ع ت او ؼ د ذ ب پیؼ ی ر د ث بثزای مذار تجذی دی اوغیذ وزث وب ؼ ی یبثذ. 33

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 شکل )11(: مذار تجذی تب ثز حغت د بی دی ار راوت ر شکل )11(: مذار تجذی دی اوغیذوزث ثز حغت د بی دی ار راوت ر شکل )12(: شی ؼ پذیزی یذر ص ثز حغت د بی دی ار راوت ر 34

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... شکل )13(: مبیغ تبیج ذ ثب داد بی تجزثی جدول )3(: ؽزایط آس بیؾ ب ی ؾخقبت راوت ر اعتفبد ؽذ ت عط زا ذجی ىبرا پبرا تز ؽؼبع داخ ی راوت ر )cm( بد R i مذار 1/7 0/95 l ضخب ت راوت ر )cm( ط راوت ر )m( غجت ثخبر ث تب ) ( 0/36 3 162 L Ѳ H2O دثی تب /mincm 3 تخ خ ثغتز فؾبر و )bar( 0/5 1/36 ε P 4. مقایسه نتایج مدل با داده های تجربی: تبیج یه ذ لتی یت ا ذ رد اػت بد ثبؽذ و ثب داد بی تجزثی خ ا ی داؽت ثبؽذ ث بثزای تبیج ای ذ ثب وبر بی 15 زا ذجی ىبرا [17] مبیغ ؽذ تبیج در ؽى )13( آ رد ؽذ اعت. ؽزایط آس بیؾ ب ی ؾخقبت راوت ر اعتفبد ؽذ در جذ )3( آ رد ؽذ اعت. ب ط رو تبیج ؽى )13( ؾب ید ذ داد بی آس بیؾ ب ی ثب تبیج ذ اعتفبد خ ا ی لبث لج ی دارد. ػ ىزد فك ذ در پیؼ ثی ی تبیج تجزثی فحت تبیج لج ی را تبییذ یو ذ. 5. نتیجه گیری: در ای تحمیك ث ذ عبسی راوت ر ریفز ی تب پزداخت ؽذ اثز پبرا تز بی خت ف ثز ػ ىزد راوت ر ثزرعی ؽذ. تبیج ؾب داد و در راوت ر ریفز ی ث د ی ز ب یز ث د او ؼ ثب افشایؼ د بی راوت ر مذار تجذی تب ثبسد یذر ص افشایؼ ییبثذ. افشایؼ فؾبر راوت ر ثبػث وب ؼ مذار تجذی یؽذ ث بثزای ثزای ای ى یه راوت ر ریفز ی تب دارای 15. Grandjean 35

ج ف ی ذعی ف ب ری بی ی در عیغت بی ا زصی عب د ؽ بر د تبثغتب 1395 ثبالتزی ثبسد ثبؽذ ثبیذ در و تزی فؾبر ى وبر و ذ. افشایؼ غجت ثخبر آة ث تب ث د ی وب ؼ فؾبر جشئی تب چ ی یى اخت ؽذ ت سیغ د ب در راوت ر ثبػث افشایؼ ثبسد راوت ر ی ؽذ. چ ی تبیح ذ ارائ ؽذ دارای ػ ىزد لبث لج در مبیغ ثب تبیج تجزثی ث د. 6. مراجع: [1] Vita, A., Cristiano, G., Italiano, C., Pino, L., Specchia., Syngas production by methane oxy-steam reforming on Me/CeO 2 (Me = Rh, Pt, Ni) catalyst lined on cordierite monoliths, Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 162, pp. 551 563, (2015). [2] Eltejaei, H., Bozorgzadeh, R., Towfighi, J., Omidkhah, M. R., Rezaei, M., Zanganeh, R., Zamaniyan, A., Zarrin Ghalam, A., Methane dry reforming on Ni/Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 emgal 2 O 4 and Ni/Ce 0.75 Zr 0.25 O 2 e g-alumina: effects of support composition and water addition, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 37, pp. 4107-4118, (2012). [3] Vigneault, A., Grace, J. R., Hydrogen production in multi-channel membrane reactor via steam methane reforming and methane catalytic combustion, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 40, pp. 233-243, (2015). [4] Salhi, N., Boulahouache, A., Petit, C., Kiennemann, A., Rabia, C., Steam reforming of methane to syngas over NiAl 2 O 4 spinel catalysts, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 36, pp. 11433-11439, (2011). [5] Hoang, D. L., Chan, S. H., Ding, O. L., Kinetic and modelling study of methane steam reforming over sulfide nickel catalyst on a gamma alumina support, Chemical Engineering Journal, Vol. 112, pp. 1-11, (2005). [6] Koo, K. Y., Lee, S., Jung, U. H., Roh, H., Yoon, W., Syngas production via combined steam and carbon dioxide reforming of methane over Ni Ce/MgAl 2 O 4 catalysts with enhanced coke resistance, Fuel Processing Technology, Vol. 119, pp. 151-157, (2014). [7] Fernandez, J. R., Abanades, J. C., Murillo, R., Modeling of sorption enhanced steam methane reforming in an adiabatic fixed bed reactor, Chemical Engineering Science, Vol. 84, pp. 1-11, (2012). [8] Smet, C. R. H., Croon, M., Berger, R., Marin, G., Schouten, J., Design of adiabatic fixed-bed reactors for the partial oxidation of methane to synthesis gas. Application to production of methanol and hydrogen-for-fuelcells, Chemical Engineering Science, Vol. 56, pp. 4849-4861, (2001). [9] Zhai, X., Ding, S., Cheng, Y., Jin, Y., Cheng, Y., CFD simulation with detailed chemistry of steam reforming of methane for hydrogen production in an integrated micro-reactor, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35, pp. 5383-5392, (2010). [10] Xu, J., Froment, G., Methane steam reforming, meth nation and water-gas shift: 1. intrinsic kinetics, American Institute of Chemical Engineering Journal, Vol. 35, pp. 88 103, (1989). [11] Patel, K., Sunol, A., Modeling and simulation of methane steam reforming in a thermally coupled membrane reactor, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 32, pp. 2344 2358, (2007). [12] Singh, A., Singh, S., Ganguly, S., Patwardhan, A., Steam reforming of methane and methanol in simulated macro & micro-scale membrane reactors: selective separation of hydrogen for optimum conversion, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 18, pp. 286-295, (2014). [13] Dixon, G., An improved equation for the overall heat transfer coefficient in packed beds, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 35, pp. 323-331, (1996). [14] Wasch, D., Froment, G., Heat transfer in packed beds, Chemical Engineering Science, Vol. 27, pp. 567 76, (1972). [15] Xu, J., Froment, G. F., Methanation and watere gas shift: I. intrinsic kinetics, Aiche Journal, Vol. 35(1), pp. 88-96, (1989). [16] Wang, F., Qi, B., Wang, G., Li, L., Methane steam reforming: kinetics and modeling over coating catalyst in micro-channel reactor, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 38, pp. 5693 5704, (2013). [17] Shu, J., Grandjean, B., Kaliaguine, S., Methane steam reforming in asymmetric Pd- and Pd-Ag/porous SS membrane reactors, Applied Catalysis A: General, Vol. 119, pp. 305-325, (1994). 36

ذ عبسی راوت ر وبتب یغتی... Modeling of the catalytic methane steam reforming process in a fixed bed reactor for synthesis gas production A. Zeinali and M. Saei Moghaddam ARTICLE INFO Article History: Received: July. 2016 Accepted: Sep. 2016 Keywords: Methane steam reforming, synthesis gas, Modeling, Nickel catalyst. ABSTRACT In this paper, a mathematical model was developed to stimulate synthesis gas production by Methane steam reforming process in the presence of Nickel catalyst in a fixed bed reactor. For modeling of the reactor, first the physical principles were expressed, then simplifying assumptions were described in the form of mathematical expressions and a mathematical model was obtained using conservation of energy and mass conservation equations. Using the results of the model, the distribution of concentration, temperature and hydrogen yield were evaluated in the reactor and the effect of parameters such as temperature, pressure and steam to Methane ratio on reactor performance was evaluated. Finally, the model results were compared with experimental data. 37