عنوان پایان‌نامه
مدل سازی وشبیه سازی فرایند سیکلی جذب سطحی با با موج فشار برای خالص سازی هیدروژن از گاز های خروجی فرایند رفمینگ
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1048.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49782
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- محمدامین ابراهیمی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- گاز هیدروژن یکی از پر کاربرد ترین گازهای صنعتی می باشد. از جمله کاربرد های مهم این گاز در پیل های سوختی و به عنوان سوخت پاک می باشد که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از روش های تولید هیدروژن فرایند رفرمینگ گاز طبیعی می باشد. از آنجا که هیدروژن حاصل از این فرایند همراه با ناخالصی منو اکسید کربن، دی اکسید کربن، نیتروژن و متان می باشد خالص سازی آن از گازهای همراه ضروری می باشد. یکی از مناسب¬ترین روش¬ها جهت خالص سازی این گاز در مقیاس صنعتی فرآیند جذب سطحی با تناوب فشار می باشد. جذب سطحی به عنوان یکی از روش¬های اقتصادی و موثر برای جداسازی ناخالصی های گازی مخلوط با هیدروژن در خروجی فرایند رفرمینگ متان در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیق حاضر مدل سازی و شبیه سازی فرآیند جذب سطحی انجام شده است و بسته نرم افزاری در محیط برنامه نویسی MATLAB برای آن تهیه شده است. نرم¬افزار موجود توانایی شبیه¬سازی فرآیند جذب و دفع دینامیک همچنین فرآیندهای سیکلی پیوسته جذب سطحی با هر تعداد و هر نوع مرحله ای را دارا می¬باشد. در این تحقیق ابتدا نتایج شبیه¬سازی فرآیندهای جذب دینامیک مخلوط گازی با نتایج آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت و پارامترهای فیزیکی تنظیم گردید. ارزشگذاری و صحت مدل با استفاده از آزمایشات جذب و دفع و PSA آزمایشگاهی تایید شد . شبیه¬سازی فرآیند سیکلی PSA واحد خالص سازی هیدروژن پالایشگاه بندرعباس انجام شد . نتایج حاصل از شبیه سازی واحد PSA پالایشگاه بندرعباس نشان داده است که هیدروژن با 100% خلوص و با راندمان بازیابی 70.99% از واحد خارج می شود. نتایج حاصل در مقایسه با واحد صنعتی به ترتیب دارای خطای نسبی 1% و 10.9% می باشد . در نهایت با کمک شبیه ساز حاصل به علت نیاز به تغییر ظرفیت سیستم با تغییر دبی ورودی گاز، تغییر میزان ترکیب درصد گازهای خوراک و امکان تغییرات دما درحین فرایند با توجه به شرایط محیطی، بهینه سازی مدت زمان مرحله جذب و میزان دبی خوراک برای رسیدن به 99.9% خلوص هیدروژن انجام شد.
- Abstract
- Hydrogen is one of the most commonly used industrial gases. Nowadays application of hydrogen as a clear fuel and in fuel cells is one of the most important demands. The hydrogen required for the industrial applications can be recovered from the hydrogen rich streams such as the synthesis gas produced from methane steam reforming process. The gas produced from methane reforming process is a rich hydrogen mixture with CO2, CO, N2, CH4 and H2O. Pressure swing adsorption is one of the most appropriate methods of hydrogen purification at industrial scale from hydrogen rich gases. Mathematical modeling and simulation of pressure swing adsorption of the hydrogen mixture produced from methane reforming process is carried out in the present study and a software package with MATLAB programming has been prepared. This software will be able to simulate dynamic adsorption-desorption as well as continuous cyclic adsorption processes with any number of stages and any kind of stages. At the first stage of this work, the results of simulation of dynamic adsorption were compared with experimental data and the physical parameters were tuned. Validity of the model was investigated by dynamic absorption and desorption and laboratory PSA experiments. Thereafter, hydrogen purification unit of Bandar Abbas Refinery was simulated for prediction of outlet purity and recovery of hydrogen for any two-layer adsorption column consisted of nine steps per cycle. Results of simulation of Bandar Abbas Refinery Unit revealed that purity of hydrogen in the product is 100% and recovery is achieved to 0.7099%. The simulated results compared with the industrial data have shown the relative error of 1% and 10.9% respectively. Finally, optimization of the adsorption time step was performed by the simulator for any changes in feed gas flow rate, feed composition and temperature variation during the process considering the environmental conditions. The optimal results of adsorption time step of PSA process was determined from 125 to 390 seconds for different operational input conditions to approach to the lowest level of 99% hydrogen.
