مدل سازی و شبیه سازی تولید گاز اتیلن در یک راکتور بستر ثابت به شیوه زوج شدن اکسایشی متان(ocm)

در این مطالعه، عملکرد واکنش‏های فرآیند تولید اتیلن از روش زوج شدن اکسایشی متان (ocm)، در یک راکتور بستر ثابت مدل‏سازی و شبیه‏سازی می‏شود. در این مدل، برهم‏کنش همزمان هیدرودینامیک جریان، سینتیک واکنش‏های شیمیایی و پدیده‏های انتقال جرم و حرارت با لحاظ عبارت پراکندگی محوری و شعاعی در نظر گرفته شده است. واکنش‏های انجام شده در این فرآیند شامل جذب متان و اکسیژن روی سطح کاتالیست، تولید رادیکال و دفع آن‏ها از روی سطح کاتالیست و تولید اتیلن در فاز گاز است. برای بررسی سینتیک واکنش‏های ocm از دو الگوی متفاوت معادلات عمومی سرعت و ریزمکانیسم‏ها که شامل 39 واکنش فاز گاز و 10 واکنش سطحی می‏باشند، استفاده شده است. برای محاسبه‏ی شار نفوذ بین ترکیبات فاز گاز از تئوری متوسط مخلوط‏ها و فرمولاسیون مخلوط‏های چند جزئی (تئوری استفان- ماکسول) استفاده شده است. بررسی میزان تبدیل متان، گزینش‏پذیری و بهره‏ی تولید محصولات c2، تغییرات جزء مولی خوراک (متان و اکسیژن) و محصولات عمده‏ی واکنش (اتان، اتیلن و دی‏اکسیدکربن) در طول راکتور و همچنین گرمای تولید شده و تغییرات دمایی درون راکتور از اهداف اصلی این مطالعه می‏باشند. استفاده از دو سینتیک واکنشی ارائه شده و مقایسه‏ی نتایج آن‏ها با داده‏های تجربی موجود در مقالات، نشان می‏دهد که الگوی سینتیکی ریزمکانیسم‏ها، در شرایط عملیاتی مختلف نتایج معتبرتری نسبت به معادلات عمومی سرعت ارائه می‏دهد. اثر تغییر کیفیت خوراک (نسبت متان به اکسیژن)، دمای واکنش و رقیق کردن کاتالیست با ذرات جامد بی‏اثر مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که می‏توان از این روش‏ها برای افزایش بهره‏ی تولید محصولات c2 استفاده کرد.