بخشی از مقاله
بررسی پارامترهای موثر بر فرآیند هیدروژناسیون دیاکسید کربن با استفاده از کاتالیست پایه ی آلومینا
چکیده
افزایش گرمای زمین، کاهش منابع سوختهای فسیلی، تغییرات آب و هوا و افزایش روزافزون قیمت سوخت، محققان را به جستجوی روشی برای حذف گازهای گلخانهای سوق میدهد. فرایند هیدروژناسیون دیاکسید کربن یک روش شیمیایی موثر برای حذف این گاز گلخانهای است، بنابراین مطالعه و بررسی این فرایند از اهمیت ویژهای برخوردار است. این مقاله شامل بررسی جامع پارامترهای موثر در فرآیند هیدروژناسیون دیاکسید کربن از قبیل نوع کاتالیست بهکارگرفته شده، دما، فشار و دبی خوراک ورودی میباشد. در نهایت این اطلاعات در قالب جدولی مختصر به منظور تسهیل انتخاب شرایط عملیاتی ارائه شده است.
واژههای کلیدی: هیدروژناسیون دیاکسید کربن، کاتالیست، پایهی آلومینا، تولید هیدروکربن
.1 مقدمه و مبانی نظری
در سالیان گذشته مصرف سوخت های فسیلی، از قبیل نفت و گاز طبیعی به دلیل پیشرفت صنعتی بشر افزایش داشته است. یکی از اثرات این تحول تغییر غلظت گاز دیاکسید کربن موجود در جو از 280 جز در میلیون قبل از انقلاب صنعتی تا 360 جز در میلیون در سال 2010 است و پیش بینی میشود تا پایان قرن جاری به 570 جز در میلیون برسد. افزایش گاز دی- اکسید کربن باعث افزایش گرمای زمین و تغییرات آب و هوا میشود.[1] اثرات شدید گاز گلخانه ای دانشمندان را به بررسی روشهایی برای کاهش گاز دیاکسید کربن سوق داده است. تبدیل شیمیایی دیاکسید کربن به هیدروکربن ها از طریق یک فرایند دو مرحله ای شامل معکوس واکنش تبدیل آب به گاز و واکنش فیشر تروپس صورت میگیرد. این فرایند به عنوان روشی موثر در مقالهی حاضر مورد مطالعه قرار گرفته و پارامترهای موثر در این فرایند بررسی شده است.
.2 روش و مراحل تحقیق
کاتالیستها از روش رایج تلقیح خیس با استفاده از نیترات فلزات آهن و مس، گاما آلومینا و کربنات پتاسیم با غلظت های مشخص سنتز میشود. بعد از مخلوط کردن محلول فلزات، رسوبات بدست آمده از محلول در دمای 120 درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت در آون خشک شده و در مرحلهی بعد در دمای 500 درجه به مدت زمان 12-24 ساعت در کوره تکسیل می-شوند. واکنش در راکتور بستر ثابت انجام شده و گاز اصلی شرایط احیا هیدروژن در نظر گرفته شده است. [2 ]
.3 ارائه و تحلیل نتایج
این بخش شامل بررسی اثر نوع کاتالیست بر فرایند، اثر دما، فشار و اثر دبی گازهای ورودی میباشد. تمامی نتایج در جدول 1 به صورت خلاصه آورده شده است.
.1,3 بررسی اثر نوع کاتالیست عوامل تاثیر گذار بر فعالیت کاتالیست شامل نوع پایه، فلز فعال و پروموتر میباشد، که در این بخش بررسی میشوند. از بین
کاتالیستهای به کار رفته برای این واکنش کاتالیستهای ترکیبی پایهی آلومینا و فلز آهن و پتاسیم در مقایسه با سایر کاتالیستها دارای درصد تبدیل بیشتری هستند.[3] در واکنش شیمیایی هیدروژناسیون دیاکسید کربن عمدتا دو فلز آهن و کبالت به عنوان فلز فعال معرفی شدهاند که برخلاف کبالت، آهن تمایل بیشتری برای شرکت در دو مرحلهی واکنش یعنی تبدیل شیمیایی دیاکسید کربن به مونواکسید کربن و واکنش فیشر تروپش داشته است. افزایش پروموترهای الکترونیکی و ساختاری مناسب باعث افزایش بازدهی تولید هیدروکربنها و بهینه کردن توزیع محصولات میشود. بدلیل اینکه کاتالیست با فلز فعال آهن نسبت به فلز فعال کبالت تمایل بیشتری به تبدیل دیاکسید کربن به آلکن ها و هیدروکربن های دراز زنجیر دارد، کاتالیست دوپ نشده انتخابپذیری بالایی برای تولید محصولات نامطلوب دارد، بنابراین به کارگیری پروموتر نقش به-سزایی در جهت بهینه کردن بازدهی سنتز ایفا میکند.[4] در مطالعات صورت گرفته روی واکنش هیدروژناسیون دیاکسید کربن فلزهای منگنز، پتاسیم، مس و سریم مورد مطالعه قرار گرفتهاند. منگنز در هر دو نقش پروموتر ساختاری و پرومتر الکترونیکی فعالیت میکند و باعث کاهش تولید متان و افزایش نرخ تولید آلکنها به آلکانها در فرایندهای هیدروژناسیون دیاکسید کربن و فیشر تروپس میشود. این پروموتر موجب افزایش قلیایی بودن سطح، در عین حال باعث مسدود کردن سایتهای فعال و سپس تولید محصولات ناخواسته و کاهش میزان تولید مونواکسید کربن میگردد.[5] اثرات پروموتر مس هم مانند پروموتر منگنز گزارش شده است. افزودن فلز پتاسیم به عنوان پروموتر بهترین اثر را بر افزایش کارایی کاتالیست دارد. نقش فلز پتاسیم در دو فرایند فیشر تروپس و تبدیل دیاکسید کربن به طور دقیق شناخته نشده است. این پروموتر در دو نقش ساختاری و الکترونیکی فعالیت میکند. با کاهش جذب هیدروژن روی سطح این کاتالیست هیدروژناسیون آلکنها کاهش یافته در نتیجه میزان آلکنها افزایش مییابد. از اثرات دیگر این پروموتر کاهش تولید متان و افزایش درصد تبدیل دیاکسید کربن است.[6]
.2,3 بررسی شرایط عملیاتی شرایط عملیاتی شامل سرعت فضایی گازها، دما و فشار واکنش میشود که در این بخش به صورت جداگانه مورد بررسی قرار میگیرند.
.1,2,3 اثر سرعت فضایی
با کاهش سرعت فضایی مدت زمان ماندن خوراک در راکتور افزایش یافته در نتیجه زمان تماس خوراک با کاتالیست زیاد می-شود و این امر باعث افزایش درصد تبدیل میگردد. برای راکتورهای بازگشتی میزان بهینهی سرعت فضایی 2000(ml.hr.gr) و برای راکتورهای منفرد سرعت فضایی(1000 ( ml .hr.gr گزارش شدهاست.[7]
