بررسی عوامل موثر برای بهبود عملکرد واحد تبدیل کاتالیستی

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

در این مقاله با استفاده از نرم افزارAspen Hysys واحد تولید گاز سنتز پتروشیمی شبیه‌سازی شده و تاثیر تغییر پارامترهایی همچون دما و فشار روی جریان خروجی از راکتور ثانویه در واحد مورد بررسی قرار گرفته است. علاوه بر این با توجه به قدیمی بودن واحد مورد مطالعه، افزودن یک راکتور تری‌ریفرمینگ برای افزایش راندمان تولید گاز سنتز پتروشیمی مورد بررسی قرار گرفت. دقت شبیه‌سازی در مقایسه با داده‌های طراحی بسیار مطلوب بوده و خطای متوسط کمتر از 5% را نشان می‌دهد. همچنین نتایج نشان می‌دهد با افزایش دما روی جریان خروجی از راکتور ثانویه، درصد تبدیل متان و نسبت هیدروژن به مونواکسید‌کربن افزایش می‌یابند. اما با افزایش فشار، درصد تبدیل متان و نسبت متان به هیدروژن نیز کاهش می‌یابد. همچنین با افزودن یک راکتور تری‌ریفرمینگ به واحد که در بازه دمایی 800 تا 850 درجه سانتی‌گراد کار کند، بهترین عملکرد را واحد از لحاظ تولید گاز سنتز خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the effective factors to improve the performance of Catalytic Conversion Unit

نویسندگان [English]

  • Ehsan Ghofran Mozafar 1
  • Mohammad Reza Sardashti Birjandi 2
  • Farhad Shahraki 3
1 Master Graduate Department of Chemical Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 University of Sistan and Baluchestan
چکیده [English]

In this paper, petrochemical synthesis gas production unit is simulated using Aspen Hysys software and the effect of changing parameters such as temperature and pressure on the output current of the secondary reactor in the unit is investigated. In addition, due to the age of the study unit, the addition of a tri-reforming reactor to increase the production efficiency of petrochemical synthesis gas has been investigated. The results also show that with increasing temperature on the output current of the secondary reactor, the percentage of methane conversion and the ratio of hydrogen to carbon monoxide increase. However, with increasing pressure, the conversion percentage of methane and the ratio of methane to hydrogen also decreases. In addition, by adding a tri-reforming reactor to the unit operating in the temperature range of 800 to 850 ° C, the unit will have the best performance in terms of synthesis gas production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • Steam Reforming
  • Performance Improvement
  • Tri-Reforming Reactor
 
1. Ramirez D., Beites L.F., Blazquez F., Ballesteros J.C., Distributed generation system with PEM fuel cell for electrical power quality improvement, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 33, 2008, pp 4433-4443.
2. Gupta R.B., Hydrogen Fuel: Production, Transport and Storage, Taylor & Francis, first Edition, 2008.
3. Armor J.N., The multiple roles for catalysis in the production of H2, Applied Catalysis A: General, Vol. 176, 1999, pp. 159-176.
4. ناصر لطفی، حبیب آل ابراهیم دهکردی، محمد طالبی، مزرعه شاهی، شبیه‌سازی راکتور بستر ثابت ریفرمینگ ترکیبی متان با بخار آب و دی اکسید کربن، اولین کنفرانس ملی نفت، گاز پتروشیمی و توسعه پایدار، تهران، مرکز راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار، ۱۳۹۳.
5. Poels E.K., Brands D.S., METHANOL SYNTHESIS, Supplementary information for the course: Catalysis, Theory and Applications January 2002.
6. حمیدرضا رهی، سجاد پرگر، سروش سلیمی، بررسی پارامترهای موثر بر فرآیند ریفرمینگ خشک متان در یک بستر ثابت کاتالیستی، پنجمین کنفرانس بین المللی نوآوری‌های اخیر در شیمی و مهندسی شیمی، تهران، دانشگاه علامه طباطبایی، 1396.
7. Wilhelm D.J., Simbeck D.R., Karp A.D., Dickenson R.L.D., Technologies, issues pacific , Inc, Vol. 71 , 2001, pp. 139-148.
8. Ipatieff V.N., Monroe G.S., Fischer L.E., Low Temperature Hydrogen Production, Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 42, 1950, pp. 92-94.
9. Van Hook J.P., Methane-steam reforming, Catalysis Reviews—Science and Engineering, Vol. 21, 1980, pp.1-51.
10. Murray A.P., Snyder T.S., Steam-methane reformer kinetic computer model with heat transfer and geometry options, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 24, 1985, pp. 286-294.
11. Ko K.D., Lee J.K., Park D., Shin S.H., Kinetics of steam reforming over a Ni/alumina catalyst, Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 12, 1995, pp. 478–480.
12. Luna E.C., Becerra A.M., Dimitrijewits M.I., Methane Steam Reforming over Rhodium Promoted Ni/Al2O3 Catalysts, Reaction Kinetics and Catalysis Letters, Vol. 67, 1999, pp. 247-252.
13. Berman A., Karn R.K., Epstein M., Kinetics of Steam Reforming of Methane on Ru/Al2O3 Catalyst Promoted with Mn Oxides, Applied Catalysis A: General, Vol. 282, 2005, pp. 73-83.
14. De Jong M., Reinders A.H.M.E., Kok J.B.W., Westendrop G., Optimizing a Steam-Methane Reformer for Hydrogen Production, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, 2009, pp. 285-292.
15. Jakobsen J.G., Jakobsen M., Chorkendorff I., Sehested J., Methane Steam Reforming Kinetics for a Rhodium-Based Catalyst, Catalysis Letters, Vol. 140, 2010, pp. 90-97.
16. Pantoleontos G., Kikkinides E.S., Georgiadis M.C., A Heterogeneous Dynamic Model for the Simulation and Optimisation of the Steam Methane Reforming Reactor, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 37, 2012, pp. 16346-16358.
17. Wu H., La Parola V., Pantaleo G., Puleo F., Venezia A.M., Liotta L.F., Ni-Based Catalysts for Low Temperature Methane Steam Reforming: Recent Results on Ni-Au and Comparison with Other Bi-Metallic Systems, Catalysts, Vol. 3, 2013, pp. 563-583.
18. Sadooghi P., Rauch R., Pseudo Heterogeneous Modeling of Catalytic Methane Steam Reforming Process in a Fixed Bed Reactor, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 11, 2013, pp, 46-51.
19. Shinde V.M., Madras G., Catalytic Performance of Highly Dispersed Ni/TiO2 for Dry and Steam Reforming of Methane, RSC Advances, Vol. 4, 2014, pp. 4817-4826.
20. فرزاد رئوفی، پیام پرواسی، مدلسازی فرآیند تولید گاز سنتز به روش ریفورمینگ بخار آب به منظور مقایسه دو کاتالیست نیکل و رودیوم در یک واحد صنعتی، سومین کنفرانس بین المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در شیمی و مهندسی شیمی، 1395.
21. Dat Vo N., Oh D.H., Hong S.H., Oh M., Lee C.H., Combined approach using mathematical modelling and artificial neural network for chemical industries: Steam methane reformer, Applied Energy, Vol. 255, 2019, pp. 113809-113827.
22. Settar A., Mansouri Z., Nebbali R., Madani B., Abboudi S., Impact of Ni-based catalyst patterning on hydrogen production from MSR: External steam reformer modelling, International Journal of Hydrogen Energy, Vol.44, 2019, pp. 11346-11354.
23. Li P., Chen L., Xia S., Zhang L., Kong R., Ge Y., Feng H., Entropy generation rate minimization for steam methane reforming reactor heated by molten salt, Energy Reports, Vol: 6, 2020, pp. 685-697.
24. Song C., Pan W., Tri-reforming of methane: A novel concept for catalytic production of industrially useful synthesis gas with desired H2/CO ratios, Catalysis Today, Vol. 98, 2004, pp. 463-484.
25. Walker D.M., Pettit S.L., Wolan J.T., Kuhn J.N., Synthesis gas production to desired hydrogen to carbon monoxide ratios by tri-reforming of methane using Ni–MgO–(Ce,Zr)O2 catalysts, Applied Catalysis A: General, Vol. 445, 2012, pp. 61-68.
26. Majewski A., Wood J., Tri-reforming of methane over Ni@SiO2 catalyst, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 39, 2014, pp. 12578-12585.
27. Schmal M., Toniolo F.S., Kozonoe C.E., Perspective of catalysts for (Tri) reforming of natural gas and flue gas rich in CO2, Vol. 568, 2018, pp. 23-42.
28. Peng D.Y. and Robinson, D.B. A New Two- Constant Equation-of-state Ind. Eng. Chem Fundam., Vol. 15, 1976, pp. 59-64.
29. Redlich O., Kwong, J.N.S., On the Thermodynamics of Solution V. An Equation of State Fugacities of Gaseous Solutions .Chem. REV., Vol. 44, 1949, pp. 223-224.
30. Wang S., Lu G.Q., A Comprehensive study on Carbon dioxide Reforming of Methane over Ni/gama-Al2O3 Catalysts, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 38, 1999, pp. 2615-2625.
31. Xu J., Froment G.F., Methane Steam Reforming II. Diffusional Limitations and Reactor Simulation, AIChE J., Vol. 35, 1989, pp. 97-106.