محاسبه سیستم بهینه احتراق ناقص متان در محیط متخلخل جهت دست‎یابی به درصد هیدروژن بیشینه: بررسی تجربی و دینامیک سیالات محاسباتی

روش‎های مختلفی برای تولید هیدروژن به‎عنوان سوخت آینده وجود دارد. روش های تولید هیدروژن از سوخت‎های هیدروکربونی از اقتصادی‎ترین این روش‎ ها به شمار می روند. اگرچه اکثر این فرآیندها به‎صورت کاتالیستی انجام می شوند اما به‎صورت ذاتی دارای معایب متعددی از قبیل تخریب کاتالیست‎ها، سیستم پیچیده، پاسخ آهسته و هزینه بالا هستند. از روش‎های جایگزین که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است می‎توان به استفاده از فرآیند اکسیداسیون جزئی هیدروکربن‎ها با استفاده از شعله سوپرآدیاباتیک در محیط متخلخل بی‎اثر در حالت غنی و فوق غنی سوخت اشاره نمود. در این مقاله ضمن ارائه نتایج تجربی حاصل از آزمایش، نتایج شبیه سازی عددی یک مشعل محیط متخلخل محتوی ذرات کروی آلومینا ارائه و با نتایج تجربی مقایسه شده است. با در نظرگرفتن یک محدوده ناپیوسته مناسب برای هر یک از پارامترهای ورودی، یک فضای حالت برای آزمون‎ها و محاسبات ایجاد شده و به‎ازای مجموعه حالت های موجود، نتایج به‎دست آمده‎اند. همچنین براساس مجموعه داده‎ها، شرایط تولید بیشینه کسر مولی هیدروژن و سایر محصولات و بیشینه نسبت تبدیل کلی متان و تبدیل آن به هیدروژن و منوکسید کربن به‎دست آمده اند. نتایج تجربی و عددی از تطابق خوبی در بخش عمده ای از فضای حالت برخوردار بوده اند. راندمان کلی انرژی مشعل در حالت بهینه نیز محاسبه شده است که نشان می دهد برای شرایط ورودی مناسب، بیشینه تولید هیدروژن می تواند با راندمان انرژی نسبتا مطلوب ۷۵ % همراه گردد. در این مقاله نشان داده شده است که با وجود تاثیرهای اساسی تغییرات نسبت هم ارزی بر مشخصه های خروجی فرآیند که مد نظر اکثر محققین در این زمینه نیز قرار گرفته ، پارامترهای ورودی دیگر مانند انرژی آزاد شده به‎ازای حجم مشعل، مجموعه ابعاد راکتور و قطر ذره که معرف میزان تخلخل و ضریب گذردهی محیط است نیز تاثیر چشم‎گیری دارند.

Keywords:

هیدروژن , اکسیداسیون جزیی متان , محیط متخلخل , سوپر آدیاباتیک , نسبت تبدیل