دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – فرآیند

عنوان:

بررسی تولید گاز سنتز در راکتور کرونای پالسی

چکیده:

گاز سنتز (مخلوط گازهای هیدروژن و مونوکسید کربن) گازی بی رنگ و بی بو و سمی است که به عنوان ماده میانی مهمی در فرآیندهای پتروشیمی مانند واکنش های تبدیل گاز به مایع (GTL)، متانول، آمونیاک و غیره به کار می رود. روش های موجود برای تولید گاز سنتز به دلیل نیازمندی به شرایط خاص معمولا بسیار پرهزینه است. بنابراین به کارگیری یک روش جایگزین سهل و کم هزینه می تواند جذاب باشد. به عنوان مثال استفاده از پلاسمای سرد (پالسی و غیر پالسی) می تواند یکی از این گزینه های جذاب باشد. در این پروژه راکتور پلاسمای پالسی کرونای مثبت با راکتور نقطه – صفحه ای برای تبدیل گاز متان در حضور اکسیژن به گاز سنتز به کار گرفته شده است. بعد از برپایی یک مجموعه آزمایشگاهی، تاثیر پنج پارامتر فرکانس پالس (1000 تا 5000 هرتز)، ولتاژ (5 تا 10 کیلوولت)، فاصله الکترودها (5 تا 10 میلیمتر)، نسبت CH4:O2 (2 تا 4) و دبی گاز ورودی به راکتور (250 تا 500 سی سی در دقیقه) در دو مرحله و 3 سطح بر میزان درصد تبدیل متان، گزینش پذیری هیدروژن و مونوکسید کربن، نسبت H2:CO و توان مصرفی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها براساس روش فاکتوریل کامل (full factorial) طراحی شدند. نتایج بدست آمده نشان می دهد که: ولتاژ، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی به راکتور، بر روی درصد تبدیل متان، نسبت CH4:O2، دبی گاز ورودی و ولتاژ بر روی گزینش پذیری مونوکسید کربن، نسبت CH4:O2 بر روی نسبت H2:CO، و نسبت CH4:O2 و دبی گاز ورودی به راکتور بر روی انرژی مصرفی به ترتیب ذکر شده موثر هستند. در حالت بهینه سیستم میزان تبدیل متات 43,37%، گزینش پذیری مونوکسید کربن 50,24%، گزینش پذیری هیدروژن 75,11%، نسبت H2:CO 2,99 و انرژی مصرفی 18,18 conv. mj/m3 methane می باشد.

مقدمه:

گاز سنتز (مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن) به عنوان یک ترکیب حد واسط بسیار پراهمیت در صنایع پتروشیمی برای انجام واکنش های گاز به مایع (GTL) و تولید هیدروکربن هایی ارزشمند مانند متانول، آمونیاک و… جایگاهی ویژه در تحقیقات مرتبط با صنایع پتروشیمی، جهت بهینه سازی فرآیندها و در نتیجه افزایش بهره وری واحدها و فرآیندها از جهت افزایش بازده و کاهش انرژی مصرفی دارد.

روش های مرسوم تولید گاز سنتز مانند اکسیداسیون جزیی متان و رفرمینگ با بخار، به ترتیب با نیاز به انرژی حرارتی بالا و کاتالیزور، روش های پرهزینه ای به شمار می روند. از این رو چالشی بزرگ در پیش روی به کارگیری گاز سنتز وجود دارد. به این ترتیب تعیین یک روش کم هزینه تر و یا پربازده تر مطلوب تواند بود.

به همین دلیل پژوهش های فراوانی برای یافتن یک روش جایگزین انجام گرفته است. فن آوری هایی مانند: راکتورهای غشایی، ریفورمر مبدل حرارتی و راکتورهای پلاسما از جمله دست آوردهای این تحقیقات می باشند.

راکتورهای پلاسما در طی این مدتی که از کاربردشان به صورت جدی در زمینه تحقیقاتی (و البته نیمه صنعتی و صنعتی) می گذرد نشان داده اند، که با ایجاد زمینه ای مناسب جهت کاهش انرژی و در نتیجه هزینه های مربوط، گامی روبه جلو در صرفه جویی مصرف انرژی می باشند.

طبیعی است اگر این نتایج برای تولید ماده ارزشمندی چون گاز سنتز موثر بیفتد شاهد تحولی شگرف در صنایع پتروشیمی خواهیم بود.

با مطرح شدن و اهمیت پیدا نمودن مفهوم پالس در سال های اخیر – به عنوان یک پارامتر پراهمیت در جهت کاهش انرژی مصرفی و افزایش میزان تبدیل مواد اولیه داخل راکتور – به کارگیری راکتورهای پلاسمای پالسی برای تولید گاز سنتز با انگیزه میزان تبدیل بالاتر متان در قبال انرژی مصرفی کمتر روند جدی تری به خود گرفته است. بخشی از فعالیت های انجام گرفته در این زمینه در فصل اول جهت آگاهی علاقمندان آورده شده است.

در این پژوهش کوشش شده است گاز سنتز در یک راکتور کرونای پالسی با فرکانس بالا از خوراک متان و اکسیژن در شرایطی از میزان تبدیل و انرژی مصرفی قابل قبول به همراه نسبتی از محصولات که برای به کارگیری در صنایع پتروشیمی مناسب باشند، تولید شود.

از این رو با توضیح شرایط عملیاتی و نوع طراحی آزمایش که تلاش شده است با دقت بالایی انتخاب شود نتایج به دست آمده ارائه می شوند.

در ادامه به کمک تحلیل های آماری و رسم نمودار ضمن تعیین تاثیر پارامترهای مورد بررسی تاثیر و میزان تاثیر هریک مورد بحث قرار می گیرند و نقاط بهینه تعیین می گردند.

لازم به ذکر است جهت آشنایی با روال تحقیقات و نتایج موجود در این زمینه و آشنایی با مفاهیم پایه پلاسما و گاز سنتز، در فصول یک و دو توضیحاتی آورده شده است. ولی توضیحات تفصیلی به خاطر دوری از اطاله کلام در اینجا آورده نشده است. در این مورد علاقمندان می توانند به سمینار اینجانب با نام “بررسی واکنش های شیمیایی در راکتورهای پلاسمای همراه پالس” تحت نظارت دکتر محمدرضا امیدخواه مراجعه نمایند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.