Metanın oksijen varlığında katalitik olarak yüksek moleküllü bileşenlere dönüştürülmesi reaksiyonunun ısı değiştirici özellikli bir mikrokanal reaktörde modellenmesi ve benzetimi

Metanın oksijen varlığında katalitik olarak yüksek moleküllü bileşenlere dönüştürülmesi reaksiyonu, metanın katalitik olarak etan ve etilen hidrokarbonlarına dönüştürülmesini içerir ve petrokimyasal endüstrilerinde kullanılan hammaddelerin alternatif petrolsüz üretimini sunar. Ürün dağılımı yüksek oranda sıcaktığa bağlı olduğundan, bu reaksiyon etkili sıcaklık kontrolü gerektirir. Bu reaksiyonun mikrokanal reaktör teknolojisi ile bütünleşmesi, mikrokanal reaktörlerin prosesi önemli ölçüde yoğunlaştırarak ulaşım direncini düşürme ve güçlü sıcaklık kontrolü sağlama gibi avantajları sayesinde yenilikçi bir proses ortaya çıkarır. Bu çalışmanın amacı, bu reaksiyonu hesaplamalı olarak bir soğutma akışı varlığında, ısı değiştirici özellikli bir mikrokanal reaktörde modellemek ve farklı operasyonel ve yapısal parametrelerin reaksiyon performansı üzerindeki etkilerini göstermektir. Hesaplamalı kararlı-hal benzetmeleri, mikrokanal reaktörlerde etkili ısı transferinin ve geliştirilmiş sıcaklık dağılımının elde edilebileceğini göstermektedir. Sonuçlara göre, ısı iletkenliği yüksek duvar kullanmak sıcaklık profilini düzenlemekte ve ürün verimini geliştirmektedir. Daha kalın duvar kullanmak ortalama reaksiyon sıcaklığını yükseltmekte fakat ürün verimini düşürmektedir. Reaksiyon girişindeki molar metan/oksijen oranını arttırmak, indirgenmiş ekzotermik ısı çıkışı nedeniyle reaksiyon sıcaklığını ve reaktant dönüşümünü düşürmektedir, bu da ürün verimini azaltmaktadır. Soğutma kanalı giriş sıcaklığının tam tersine, reaksiyon kanalı giriş sıcaklığının reaksiyon sıcaklığı profiline etkisi çok azdır. Soğutma kanalı akış hızının arttırılması reaksiyon sıcaklığını azaltıp ürün verimini arttırır iken, reaksiyon kanalı akış hızının arttırılmasının sıcaklık profili üzerinde tersi etkiye sahip olduğu ve ürünlerin oksidasyonuna neden olduğu gözlenmiştir. 46.8% metan dönüşümü ile 23.9% ürün veriminin elde edildiği gösterilmiştir.