Digital simulation of industrial steam reformers for natural gas using heterogeneous models

Authors

  • S. S. E. H. Elnashaie,

    Corresponding author
    1. Chemical Reaction Engineering Group (CREG), Chemical Engineering Department, King Saud University, P. 0. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia
    • Chemical Reaction Engineering Group (CREG), Chemical Engineering Department, King Saud University, P. 0. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia
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    • On leave from the Chem. Eng. Dept., Cairo University, Egypt.

  • A. M. Adris,

    1. Chemical Reaction Engineering Group (CREG), Chemical Engineering Department, King Saud University, P. 0. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia
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  • M. A. Soliman,

    1. Chemical Reaction Engineering Group (CREG), Chemical Engineering Department, King Saud University, P. 0. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia
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  • A. S. Al-Ubaid

    1. Chemical Reaction Engineering Group (CREG), Chemical Engineering Department, King Saud University, P. 0. Box 800, Riyadh 11421, Saudi Arabia
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Abstract

A model is developed for industrial natural gas steam reformers with top-fired and side-fired furnance design. The one-dimensional heterogeneous model for catalyst tubes takes into account the intra-particle diffusion resistances. Two approximations are used for the computation of the effective diffusivities via the Stefan-Maxwell equations. The two-point boundary value differential equations for the catalyst pellets are solved by a novel efficient and modified orthogonal collocation technique. The performance of the model has been checked in the case of two industrial reformers used in the ammonia and methanol industries in Egypt and Saudi Arabia.

Abstract

On a mis au point un modàle pour des réformeurs industriels à la vapeur et au gaz naturel dont la conception du four prévoit une alimentation dans la partie supérieure du réformeur ou la partie latérale. Le modèle hétérogène unidimensionnel pour des tubes de catalyseur tient compte des résistances de diffusion intraparticulaire. Deux approximations sont utilisées pour le calcul des diffusivités efficaces via les équations de Stefan-Maxwell. Les équations différentielles de la valeur limite à deux-points pour les pastilles de catalyseur sont résolues par une nouvelle technique de collocation orthogonale efficace modifiée. On a vérifié la performance du modèle dans le cas de deux réformeurs industriels utilisés dans les industries de l'ammoniac et du méthanol en Égypte et en Arabie Saoudite.

Ancillary