عنوان پایان‌نامه
مدلسازی و شبیه سازی یک واحد تولید زوج شدن اکسایشی متان
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1312.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59668
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- احسان جباری
- چکیده
- تبدیل متان به مواد با ارزش افزوده بیشتر، نظیر سوخت¬های مایع یا فراورده¬های پتروشیمی ارزش گاز طبیعی را چند برابر می¬کند و علاوه بر آن، حمل فراورده¬های حاصل را آسان و اقتصادی می¬سازد. تحقیقات وسیعی در جهان برای تبدیل مستقیم متان به اتیلن و هیدروکربن¬های ارزشمند در حال انجام است. یکی از روش¬های تبدیل گاز طبیعی به محصولات با ارزش، زوج شدن اکسایشی متان است که در آن متان در یک فرایند اکسایشی-کاتالیستی گرمازا به اتان و اتیلن تبدیل می¬شود. علی¬رغم تحقیقات وسیع انجام شده، بازدهی محصولات مطلوب در این فرایند به میزان قابل قبول برای تجاری سازی آن نرسیده است. تحقیقات در مورد واکنش زوج شدن اکسایشی متان در سه زمین? کاتالیست، مکانیسم و انواع راکتور انجام می¬گیرد. هدف از این تحقیقات سنتز کاتالیست با بهره و مقاومت بالا و همچنین طراحی و مهندسی راکتورهای جدید و انعطاف¬پذیر با شرایط عملیاتی واکنش می¬باشد تا با میزان تبدیل قابل قبول متان و گزینش¬پذیری بالای اتان و اتیلن همراه باشد. میزان تبدیل 40% همراه با گزینش پذیری 90% توجیه پذیری اقتصادی فرایند را حاصل می¬کند. در این پروژه یک مدل سینتیکی جدید و جامع برای پیش بینی رفتار واکنش زوج شدن اکسایشی متان برروی کاتالیست Li/MgO با نسبت 3/3 درصد وزنی Li در یک راکتور استوانه¬ای بستر ثابت ارائه شده است. مجموعه داده¬های آزمایشگاهی با نسبت متان به اکسیژن 2:1 و در بازه دمایی °C 710-850 برای تخمین پارامترهای سینتیکی و راستی آزمایی نتایج حاصل از مدل به¬دست آمده¬اند. مدل جدید ارائه شده بر پای? مدل Stansch که بهترین توصیف از رفتار واکنش زوج شدن اکسایشی متان را دارد پایه¬ریزی شده است که در آن ضمن اضافه شدن محصولات با ارزش پروپان و پروپیلن، تمامی پارامترهای سینتیکی براساس کاتالیست Li/MgO مجددا توسط روش الگوریتم ژنتیک تخمین زده شده است. خطای محاسبات برای 175 داده آزمایشگاهی و پیش بینی از مدل شامل میزان تبدیل متان، گزینش¬پذیری اتان، اتیلن، پروپان، پروپیلن مونواکسید کربن و دی¬اکسید کربن کمتر از 9/9% می¬باشد.
- Abstract
- Converting of methane to value added products like liquid fuels or petrochemical products; natural gas value multiplies and additionally makes products transportation easy and economic. Many researches for direct conversion of methane to ethylene and valuable hydrocarbons are being done worldwide. One method of conversion of natural gas to valuable products is oxidative coupling of methane in which methane is converted to ethane end ethylene in an exothermic catalytic oxidative process. Despite the wide researches, desired product yield hasn't reached an acceptable amount for commercialization yet. Researches about oxidative coupling of methane are done in three paths i.e. catalyst, mechanism and reactor types. Aims of these researches are creating a catalyst with high yield and resistance and a new reactor design and engineering with flexibility capability in operating condition so that acceptable methane conversion and high ethane and ethylene selectivity could be achieved. 40% methane conversion with 90% desired products selectivity will result in process economic justification. In this project, a new and comprehensive kinetic model has been presented for the prediction of oxidative coupling of methane behavior on Li/MgO catalyst with 3.3 wt% Li in a fixed bed cylindrical reactor. The collection of experimental data has been achieved with the methane to oxygen ratio of 2:1 in a range of 710-850 °C for the estimation of kinetic parameters and the validation of the results. The new presented model has been established based on Stansch model which is the best description of reactions in the oxidative coupling of methane in which valuable products such as propane and propylene are added, all the kinetic parameters based on Li/MgO catalyst have again been estimated by the genetic algorithm method. The calculation of the error for 175 experimental data and the prediction of the model include the methane conversion, selectivity of ethane, ethylene, propane, propylene, carbon monoxide and carbon dioxide was lower than 9.9%.
