بخشی از مقاله
بررسی کاربرد نانو کاتالیست ها در صنایع نفت و پتروشیمی
چکیده:
کاتالیست بخش کلیدی در صنایع شیمیایی است بطوریکه در مقادیر کم به واکنش اضافه شده و سرعت انجام واکنش را زیاد می کندبدین 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 بوسیله 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 فعال زیاد و نیزتعداد سایت های فعال فراوان دارای واکنش پذیری بهتری می باشند.در این مقاله به کاربرد نانو کاتالیست ها در افزایش عدد اکتان و کاهش ترکیبات الفینی، کاربردشان در فرآیندهای هیدرودی سولفوریزاسیون و کراکینگ تجاری می پردازیم.
کلمات کلیدی: نانوتکنولوژی- کاتالیست- نانو کاتالیست- سایت های فعال- سطح فعال .
مقدمه:
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 در روش ساخت آنها مواد حاصل کوچکتر ، محکم تر و سبک تر می باشد و برحوزه های و سیعی 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 راهبرد ی ترین صنعت فعلی کشور است دست یافت.
برای وارد شدن به این حوزه با دید نانوتکنولوژی نخست بایستی کابردهای این علم را در صنایع 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 کاربردهای نانوتکنولوژی در صنایع بالادستی و پایین دستی نفت گاز می توان به طور خلاصه به موارد زیر اشاره نمود. [8] - 1 اکتشاف: ساخت سنسورهای ارسال و دریافت اطلاعات لرزه نگاری.
2 - حفاری: کاربرد نانو موادها جهت ساخت ابزار حفاری مانند: مته های با دوام.
3 - بهره برداری: کاربرد نانو مواد جهت ساخت اسیدها در عملیات بهره برداری، نانو موادها جهت ساخت گلوله های مشبک کاری، نانو سنسورها جهت ساخت ابزار دقیق مانیتورنیگ چاه ها.
4 - مهندسی و مدیریت مخازن: ساخت نانو مواد شیمیایی جهت ازدیاد برداشت از مخازن ، ساخت وسایل دقیق آزمایش و نمونه گیری از چاه ها.
5 - استفاده از نانو فیلتراسیون ها در صنایع پایین دستی: جداسازی ناخالصی ها از روغن های موتور و جداسازی نمک های موجود در نفت [4]
6 - استفاده از نانو کاتالیست ها درصنایع پایین دستی : آشکارسازی مسیرهای واکنش گوگرد زدایی و پاک کردن آب از ضایعات آلی. [4] ورود نانو کاتالیست ها به عنوان شاخه ای از علم نانو تکنولوژی به بازارجهانی 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 نانو کاتالیست ها به 5 میلیارد دلار در سال 2009 رسیده است.
بخش وسیعی از مصرف نانو کاتالیست ها در بخش پالایش نفت و پتروشیمی می باشد.
-1 کاتالیست
کاتالیست بخش کلیدی در صنایع شیمیایی است بطوریکه در مقادیر کم به واکنش شیمیایی اضافه شده و سرعت انجام واکنش را زیاد می کند. بدین ترتیب نقش اساسی در تولید محصول ایفا می نماید. [3] اجزاء مهم کاتالیست ها عبارتند از : پایه - سایت فعال- بهبود دهنده. [4]
پایه دارای سطحی متخلخل که برای بهینه کردن بافت کاتالیست و یا تقویت تشکیل یک فاز فعال ویژه انتخاب می گردد. کاتالیزور پایه عمدتاً برای کاتالیست های گران قیمت مثل پلاتین و نیکل مورد استفاده قرار می گیرد. از خصوصیات فیزیکی پایه می توان به دانسیته ، حجم ، سختی ، مساحت سطح ، اندازه و شکل ذرات اشاره نمود.
-2 نانو کاتالیست ها
ورود نانو کاتالیست ها به عنوان شاخه ای ازعلم نانو تکنولوژی به بازار جهان توانسته است ، بخش اعظمی از بازار جهان را با توجه به پتانسیل و کارایی مناسب در اختیار بگیرد بطوریکه بازار جهانی نانو کاتالیست ها به 5 میلیارد دلار در سال 2009 رسیده است. [3] نانو کاتالیست ها توانسته اند بسیاری از مشکلات کاتالیست ها را بوسیله 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 تغییردهند که پیوند دادن واکنش دهنده های خاص بر روی سایت های فعال تسهیل شود را برطرف نماید.
نتایج نشان می دهد که مقیاس نانو متری فضای مناسبی برای انجام فعالیت های کاتالیستی بوده و طیف و سیعی از خواص مطلوب کاتالیست با بکارگیری نانو تکنولوژی فراهم می آید. بدین صورت که اگراندازه 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 نانومتری باشند، کاتالیست بسیار فعال تری خواهیم داشت. [5] همچنین نانو کاتالیست 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 از کاربرد نانو کاتالیست ها در فرآیندهای پالایش می توان به تصفیه کاتالیستی و تبدیل کاتالیستی اشاره نمود که در ادامه بطور کامل به آن خواهیم پرداخت.
-2-1 انواع نانو مواد کاتالیستی
می توان نانو مواد کاتالیستی را از نظر نوع به دسته های زیر تقسیم کرد : [7] (1 نانو لوهای کربنی (2 نانو سیم ها (3 نانو کامپوزیت ها (4 نانو ذرات و نانو خوشه های تک فلزی و اکسیدی (5 نانو ذرات و نانو خوشه های دو فلزی (6 مواد نانو متخلخل: زئولیت ها - کربن فعال.
-2-2تاثیرات نانوتکنولوژی بر روی کاتالیست ها:
عوامل زیر را می توان به عنوان تاثیر نانوتکنولوژی بر روی کاتالیست ها بیان نمود که عبارتند از:
-1 کنترل میزان فعالیت و قابلیت انتخاب پذیری و عمر کاتالیست ها -2 بوجود آوردن روش های جدید در انجام واکنش
-3 اصلاح ساختار الکترونی کاتالیست ها
-4 تغییر در خواص جریان یابی فاز مایع
-2-3 انواع نانو کاتالیست ها و کاربردهایشان :
در این بخش به بررسی تعدادی از نانو کاتالیست ها و کاربردهای آنها در صنایع نفت و پتروشیمی می پردازیم.
-2-3-1 استفاده از نانو کاتالیست های SiO2/Al2O3 برای افزایش عدد اکتان و کاهش ترکیبات الفینی.
فرآیند کراکینگ بستر سیال (FCC) یکی از مهمترین فرآیندهای موجود در پالایشگاه ها می باشد. بکارگیری نانو کاتالیست ها در فرایند (FCC) خواص فوق العاده ای را در کاتالیست ها از جمله فعالیت و پایداری بسیار شدیدتری را سبب می گردد.
نانو کاتالیست های SiO2 و AL2O3 را می توان به کمک بخار آب حاوی آمونیاک در دمای بالا و ترکیب با اکسیدهای فلزات قلیایی خاکی کمیاب فعال تر نمود و از آنها برای کاهش الفین در فرآیند (FCC) استفاده نمود که بر اثر آن به عدد اکتان بالاتری برای بنزین نهایی می توان دست یافت. [2] برای بررسی تأثیر نانو کاتالیست ها می توان آنها را بصورت های
