مقاله بررسی کاربرد نانوکاتالیست ها در فرآیند کراکینگ در صنایع پتروشیمی

word قابل ویرایش
14 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

بررسی کاربرد نانوکاتالیست ها در فرآیند کراکینگ در صنایع پتروشیمی

چکیده :
ابعاد نانو، شرایطی عالی برای علم کاتالیست مهیا کرده است . سطح فعال بالا و گزینش -پذیری عالی در نانوکاتالیست ها باعث افزایش سرعت و بازده واکنش می شود . کاتالیست بخش کلیدی در صنایع شیمیایی است بطوریکه در مقادیر کم به واکنش اضافه شده و سرعت انجام واکنش را زیاد می کند بدین ترتیب نقش اساسی در تولید محصول ایفا می کند. اجزاء مهم کاتالیست عبارتند از: پایه ، سایت فعال و بهبود دهنده . ورود نانوکاتالیست ها به عنوان شاخه ای از علم نانو تکنولوژی به بازار جهان توانسته است بخش اعظمی از بازار جهان را به خود اختصاص دهد. نانوکاتالیست ها توانسته اند بسیاری از چالش های موجود در کاتالیست ها را به وسیله وجود سایت های فعال با یک هسته از اتم های فلزی، یون های فلزی و ایجاد حفره هایی در اطراف سایت ها برطرف نمایند. نانو کاتالیست ها به علت دارا بودن سطح تماس فعال زیاد و نیز تعداد سایت های فعال فراوان دارای واکنش پذیری بهتری می باشند. در این مقاله به کاربرد نانو کاتالیست ها در صنایع پتروشیمی و تولید اوره و آمونیاک هیدروژن که از شکستن متان حاصل می شود که کاتالیست در آن نقش مهمی را ایفا می کند می پردازیم .
واژه های کلیدی : نانو ، کاتالیست ، نانوکاتالیست ، صنایع پتروشیمی ، اوره ، آمونیاک هیدروژن .

١- مقدمه :
کاتالیست ، گونه ای است که انرژی فعال سازی واکنش (انرژی اولیه برای انجام واکنش ) را کاهش داده و در نتیجه سرعت واکنش را افزایش می دهد. فلزات واسطه ی جدول تناوبی عناصر، رایج ترین کاتالیست ها هستند.فناوری نانو، علم تعریف مواد در مقیاس های اتمی و مولکولی دارای توانمندی هایی است که می تواند تأثیرات مثبت و چشمگیری داشته باشد بطوریکه با دستکاری اتمی محصولات جدید و تغییر روش ساخت آنها مواد حاصل کوچکتر، محکم تر و سبک تر می باشد و بر حوزه های وسیعی از صنعت و دانش بشری احاطه یافته است . لذا می توان با کمک از این پدیده ی نو ظهور به نتایج بسیار درخشانی در حوزه ی صنعت نفت که به عنوان راهبردی ترین صنعت فعلی کشور است دست یافت . [۶]
برای وارد شدن به این حوزه با دید نانوتکنولوژی نخست بایستی کاربرد های این علم را در صنایع پتروشیمی و نفت بررسی نمود و در ادامه با توجه به راهکارهایی که می توان از این تکنولوژی بدست آورد خواهیم توانست بر بحران موجود در حیطه ی انرژی و محیط زیست فائق آییم .
از کاربرد های نانوتکنولوژی در صنایع بالا دستی و پایین دستی نفت و گاز می توان به طور خلاصه به موارد زیر اشاره نمود:
اکتشاف : ساخت سنسورهای ارسال و دریافت لرزه نگاری .
حفاری : کابرد نانو مواد ها جهت ساخت ابزار حفاری مانند: مته های با دوام
بهره برداری : کاربرد نانو مواد جهت ساخت اسید ها در عملیات بهره برداری، نانو موادها جهت ساخت گلوله های مشبک کاری، نانو سنسورها جهت ساخت ابزار دقیق مانیتورینگ چاه ها.
مهندسی و مدیریت مخازن : ساخت نانو مواد شیمیایی جهت ازدیاد برداشت از مخازن ، ساخت وسایل دقق آزمایش و نمونه گیری از چاه ها.
استفاده از نانو فیلتراسیون در صنایع پایین دستی : جداسازی ناخالصی ها از روغن های موتور و جداسازی نمک های موجود در نفت .
استفاده از نانو کاتالیست ها در صنایع پایین دستی : آشکارسازی مسیرهای واکنش گوگرد زدایی و پاک کردن آب از ضایعات آلی .
ورود نانوکاتالیست ها به عنوان شاخه ای از علم نانوتکنولوژی به بازار جهانی این ذهنیت را ایجاد کرده است که می تواند با توجه به پتانسیل و کارایی هایی که در این مقاله پیرامون آن بحث خواهد شد بخش اعظمی از بازار را در اختیار گیرد. در حال حاضر بازار جهانی نانوکاتالیست ها به ۵ میلیارد دلار در سال ٢٠٠٩ رسیده است . [٣]
بخش وسیعی از مصرف نانو کاتالیست ها در بخش پالایش نفت و پتروشیمی می باشد.
٢- نانوکاتالیست ها
٢-١- نانوکاتالیست
نانو کاتالیست ها توانسته اند بسیاری از مشکلات کاتالیست ها را به وسیله وجود سایت های فعال با یک هسته از اتم های فلزی، یون های فلزی و ایجاد حفره هایی در اطراف سایت های فعال که می توانند موقعیت را به گونه ای تغییر دهند که پیوند دادن واکنش دهنده های خاص بر روی سایت های فعال تسهیل شود را برطرف نماید.
نتایج نشان می دهد که مقیاس نانومتری فضای مناسبی برای انجام فعالیت های کاتالیستی بوده و طیف وسیعی از خواص مطلوب کاتالیست با بکارگیری نانو تکنولوژی فراهم می آید. بدین صورت که اگر اندازه کریستالیته فلزات نجیب که به طور مناسب بر روی کاتالیست های پایه دار پخش شده اند یا اندازه خوشه های جذب شده روی سایت های هم شکل یک پایه ، اندازه حفرات یا کانال ها در مقیاس نانو متری باشند، کاتالیست بسیار فعال تری خواهیم داشت .
همچنین نانوکاتالیست ها به علت دارا بودن سطح فعال زیاد و نیز تعداد سایت های فعال فراوان دارای واکنش پذیری بهتری هستند و در تماس با آب نیز افزایش فعالیت را از خود نشان می دهند در صورتیکه آب به عنوان یک بازدارنده واکنش های کاتالیستی شناخته می گردد. [۵]
٢-٢- قابلیت های نانو فناوری در کاتالیست
تولید بسیاری ار محصولات در طی فرآیند های شیمیایی صورت می گیرد. در این میان کاتالیست ها از اهمیت زیادی برخوردار هستند چون به علت خواص ویژه سطحی و با عوض کردن مسیر واکنش شیمیایی بر روی سرعت واکنش تاثیر می گذارند. کاتالیست ها نسبت به مواد اولیه ، دارای وزن کمی هستند ولی قلب بسیاری از واکنش ها محسوب می شوند و حتی از فرآیند های شیمیایی بدون آن اقتصادی نیست .
کاتالیست ها موادی هستند که معممولا هر چه از نظر ابعادی کوچکتر شوند، مشخصات فنی آنها در انجام واکنش ها بهبود می یابد. با ورود نانوتکنولوژی به صنعت تولید کاتالیست ها، نانو کاتالیست ها پا به عرصه وجود گذاشتند.
این کاتالیست های پیشرفته در اکثر موارد، خواص چشمگیری از خود نشان داده اند و پاره ای از آنان به فرآیند های صنعتی راه یافته اند. در میان زمینه های مختلف نانو مواد، نانوکاتالیست ها از موادی هستند که به خاطر ماهیت آنها افزایش هر چه بیشتر سطح تماس می باشد، مرتباٌ توسعه می یابند به طوری که پیش بینی می شود که نسل آینده کاتالیست ها، نانوکاتالیست ها باشند و در تمام فرآیندهای شیمیایی وارد شوند. [٧]
٢-٣- تاثیر نانوفناوری بر کاتالیست ها
. اصلاح ساختار الکترونی در کاتالیست
. بوجود آوردن مد های جدید در انجام واکنش
. تغییر در خواص جریان یابی فاز مایع
. کنترل میزان فعالیت ، قابلیت انتخاب و عمر کاتالیست ها
پیشرفت های این بخش می تواند نهایتاٌ منجر به :
١- اصول اولیه طراحی کاتالیست ها برای واکنش های خاص شیمیایی .
٢- طراحی مکان های کاتالیستی “خود به خود تشکیل شونده ” در شکل بندی های از پیش تعیین شده دو یا سه بعدی، به منظور انجام واکنش های کاتالیستی جدید.
تلاش های اخیر بر روی ایجاد ارتباط بین زمینه های مختلف کاتالیست ها، از بیو کاتالیست ها تا فرایند های همگن و ناهمگن متمرکز شده است . [٧]
٢-۴- انواع نانو مواد کاتالیستی
می توان نانو مواد کاتالیستی را از نظر نوع به دسته های زیر تقسیم کرد : [٧]
. نانو لوله های کربنی
. نانو ذرات و نانو خوشه های تک فلزی و اکسیدی
. نانوذرات و نانو خوشه های دو فلزی
. نانو سیم ها
. نانو کامپوزیت ها

٢-۵- کاربرد نانو کاتالیست ها در فرایند های پالایش
تصفیه کاتالیستی
آشکارسازی مسیر های واکنش گوگرد زدایی به کمک هیدروژن توسط میکروسکوپ تونلی مطالعه درجای رادیو ایزوتوپ نواحی فعال کاتالیست های سولفید مولیبدن -کبالت و مکانیزم گوگردزدایی با هیدروژن تیوفن کاتالیست سولفید مولیبدن -نیکل (Ni-Mo) با پایه زئولیتی جدید (USY) برای کاربرد در محیط زیست کاتالیست های دی اکسید تیتانیوم نانو کریستالی برای پاک کردن آب از ضایعات آلی تبدیل کاتالیستی طراحی یک کاتالیست آلیاژی سطحی نیکل – آهن برای رفرمینگ بخار رفرمینگ دی اکسید کربن توسط کاتالیست های دو فلزی پایه دار هیدروکراکینگ آماده سازی و کاتالیستی کردن نانو ذرات دو فلزی ساختار وارونه هسته – پوسته پالادیم طلا کاتالیست های نیکل ، مولیبدن بر روی پایه نیوبیا [٧]
٢-۶- کاربرد نانو کاتالیست ها در پتروشیمی
کاهش آلایندگی حاصل از سوخت های دیزلی با کمک نانو کاتالیست ها ی ارزان :
نوعی از نانو ذرات نقره که اثر زیادی بر کنترل آلاینده های حاصل از سوخت های دیزلی دارند، محققان روشی ارزان برای سنتز نانو ذرات نقره توسعه داده اند. این مواد ویژگی های بی نظیر کاتالیستی دارند و می توانند به طور کامل مونو اکسید نیتروژن ، مونواکسید کربن و هیدروژن ها را اکسید کنند. این نانو ذرات باعث کاهش آلودگی آلاینده های موتور های دیزلی می شوند.
محققان همچنین کشف کرده اند که این نانو ذرات در دما های پایین جاذب بسیار عالی برای اکسیدهای گوگرد می باشند. بر خلاف بیشتر کاتالیست های اکسیدی که توسط اکسید های گوگرد مسموم می شوند این نانو ذرات حتی با جذب مقادیر اکسیدهای گوگرد فعالیت کاتالیستی خود را حفظ می کنند. [٧] [٨]
حذف سولفور از سوختهای فسیلی توسط نانوکاتالیست های خوشه ای :
دانشمندان دانمارکی به شیوه ای دست یافته اند که می تواند فرایندهای تجاری مورد استفاده در حذف سولفور از سوخت های فسیلی را بهبود دهد. در حال حاضر این کار توسط کاتالیستی انجام می شود که مولکول های زیان آور سولفور به آن می چسبند. [٧] [٨]
تبدیل نفت خام سنگین به سبک با استفاده از فرایند هیدروکانورژن :
به گفته مهندس سید جواد احمد پناه – مسئول پروژه هیدروکانورژن های پژوهشگاه صنعت نفت – پژوهشگاه صنعت نفت موفق به ثبت بین المللی فرایند صنعتی هیدروکانورژن شده است این فرایند ترکیبی از هیدروژناسیون و کراکینگ کاتالیستی است که به منظور تبدیل ته مانده های سنگین نفت خام به ترکیبات سبک تر مورد استفاده قرار می گیرد.
هیدروکانورژن فرایند شکست کاتالیستی در حضور نانوکاتالیزور و هیدروژن است که از درصد تبدیل بالای (حدود ٩۵ درصد) برخوردار است و چون در فشار عملیاتی پایین ، انجام می گیرد.
تمامی فلزات سنگین را حذف و گوگرد را به حداقل می رساند به این ترتیب نفت سنگین که از درجه API پایینی برخوردار است به نفت سبک که به API بالا تبدیل می شود. این فرایند که نخستین فرایند نانوتکنولوژی در نوع خود است که هم اکنون در مرحله افزایش مقیاس به واحد صنعتی است دارای مزایای فنی زیر است :
١- تشکیل نشدن کک و حذف تمامی فلزات سنگین
٢- کاهش حداقل ۶٠ درصد از گوگرد
٣- قابلیت بازیابی کاتالیست تا ٩۵ درصد
۴- نبود واکنش های پلیمریزاسیون
۵- سادگی عملیات نسبت به روش های مشابه
۶- انعطاف پذیری بالا نسبت به شدت جریان و ترکیبات فلزات و گوگرد
٧- تولید بخار مورد نیاز واحد از بخش بازیابی کاتالیست
٨- ضریب بالا بازدهی سرمایه و هزینه پایین کاتالیست
٩- این فرایند از نظر زیست محیطی در مقایسه با فرایندهای مشابه که کاتالیست های دور ریز آنها حاوی فلزات سنگین هستند، یک فرایند پاک محسوب می شود. [٧] [٨]
٢-٧- کاربرد های دیگر نانوکاتالیست ها در فرایندهای مختلف
تحقیقات آزمایشگاهی وسیعی در مورد فرایندهای مختلف شیمیایی انجام شده است . از میان این تحقیقات ، نانو کاتالیست های مربوط به فرایندهای پالایش نفت ، فرایندهای پتروشیمی و واکنش های مختلف پلیمریزاسیون ، بیشتر مورد توجه تحقیقات صنعتی هستند. همچنین در بعضی واکنش های حساس مورد استفاده در صنایع داروسازی نیز تحقیقات وسیعی در جریان است . در این تحقیقات علاوه بر فعالیت بالای نانوکاتالیست ، انتخاب گری بالای آن نیز از اهمیت اساسی برخوردار می باشد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 14 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد