بررسی فرایند تولید هیدروژن به روش اکسیداسیون جزئی گاز طبیعی در یک مبدل غیر کاتالیسیتی بزرگ و مقایسه آن با فرایند رفرمینگ متان در مبدل کاتالیستی کوچک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی سیستم های انرژی، دانشکدۀ علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز، تهران، ایران

3 دانشکدۀ علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

4 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نوشهر، نوشهر، ایران

چکیده

در قسمت اول این تحقیق مبدل گاز طبیعی غیر کاتالیستی به روش عددی مورد تحلیل قرار می گیرد. معادلات حاکم شامل معادله بقای جرم، بقای اجزا، بقای اندازه حرکت و بقای انرژی است. برای مدل کردن توربولانس از رهیافت RANS استفاده می شود. مکانیزم GRI - 1.2 که شامل 177 واکنش شیمیایی بنیادی است، برای محاسبه نرخ واکنش موجود در فرآیندهای اکسیداسیون گاز طبیعی بکار برده می شود. برای مدل کردن احتراق از مدل اتلافات ادی EDC بهره گرفته می شود. نتایج فاز اول تحقیق نشان می دهد که افزایش فشار تبدیلCH4 به هیدروژن را افزایش می دهد اما از فشار 3 MPa به بالا مقدار تولید هیدروژن تقریبا ثابت می ماند. همچنین اگر نسبت اکسیژن به گاز طبیعی تا 0.66 افزایش یابد، دما افزایش یافته و غلظت CH4 در گاز سنتز خروجی کاهش می یابد. در قسمت دوم تحقیق، یک مدل عددی سه بعدی ناهمگن پایا برای مطالعه فرایند رفورمینگ بخار گاز متان، مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج این قسمت از تحقیق نشان می دهد که با افزایش دمای ورودی لوله های گرم کننده، نسبت CH4/H2O به حدود 0.25 و تعداد لوله های تامین کننده گرما رفورمینگ متان افزایش می یابد. همچنین با مقایسه نتایج این شبیه سازی و تحقیقات تجربی موجود در این زمینه، می توان از نتایج این مطالعه برای توسعه مبدلهای صنعتی تولید کننده گاز هیدروژن استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of hydrogen production process by partial oxidation of natural gas in a large non-catalytic Reformer and comparison with methane reforming process in small catalytic Reformer

نویسندگان [English]

  • Seyed Behzad Haghi 1
  • Gholamreza Salehi 2
  • Masoud Torabi Azad 3
  • Ali lohrasbi Nichkouhi 4
1 1Department of Energy system engineering, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical engineering, Islamic Azad University, Central Tehran Branch, Tehran, Iran
3 , Faculty of Marine Science and Technology, Islamic Azad University, North Tehran Branch, Tehran, Iran
4 Department of Mechanical engineering, Islamic Azad University, Nowshahr Branch, Nowshahr, Iran
چکیده [English]

In the first part of this research, non-catalytic natural gas converter is analyzed numerically. The GRI-1.2 mechanism, which includes 177 basic chemical reactions, is used to calculate the reaction rate in natural gas oxidation processes. The EDC waste loss model is used to model combustion. Due to the fact that the calculations have been done for a very large natural gas converter, a symmetric axial model is used to reduce the computational costs. The results of the first phase of the study show that increasing the pressure increases the conversion of CH4 to hydrogen, but from a pressure of 3 MPa and above, the amount of hydrogen production remains almost constant. In addition, with increasing the ratio of water vapor to natural gas, the maximum flame temperature in the converter decreases and the molar fraction of H2 / CO in the output increases. In the second part of the research, a stable three-dimensional heterogeneous numerical model for studying the methane vapor vapor reforming process is investigated. The results show that by increasing the inlet temperature of heating pipes, the CH4 / H2O ratio increases to about 0.25 and the number of methane heat supply pipes increases. Also, by comparing the results of this simulation and the existing experimental research in this field, the results of this study can be used for the development of industrial.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural gas converter
  • Hydrogen Production
  • numerical method
  • non-catalyst partial oxidation
  • Porous medium