بخشی از مقاله
چکیده: با توجه به نقش به سزاي کاتالیست ها در صنایع پتروشیمی و تولید سوخت هاي مایع از گاز سنتزي که شامل گاز هاي H2 و CO است در این پروژهش ابتدا پایه سلیکا و سپس کاتالیست سه فلزي آهن، کبالت، سریم بر پایه سیلیکا به روش تلقیح مرطوب تهیه شد ونقش پارامتر هاي موثر نظیر:دماي واکنش،فشارواکنش و نسبت خوراك، برگزینش پذیري محصولات تولید شده در فرایند فیشر تروپس به وسیله کاتالیست مورد نظر بررسی شد. آزمایشات در واحد آزمایشگاهی میکرو راکتور بستر ثابت از جنس فولاد ضد زنگ مورد بررسی قرار گرفت و به وسیله درصد تبدیل گاز مونوکسید کربن و گزینش پذیري محصولات تولید شده شرایط بهینه براي بالاترین فعالیت کاتالیست ها در تبدیل گاز سنتزي به اولفین هاي سبک بدست امد.
مقدمه و مبانی نظري
مشکلات زیست محیطی، اقتصادي و سیاسی ناشی از استفاده از منابع سوختی و کربنی تجدید ناپذیر بخصوص نفت خام، سیاست هاي جهانی را بر آن داشته که به دنبال راهی مناسب به عنوان جایگزین کردن این منابع و فرآیندها با فرآیندهایی که منجر به تولید سوخت پاك و مقرون به صرفه تري میشوند، است. دراین راستا اتحادیه اروپا جایگزین کردن بیومس - 1استفاده از منابع و ضایعاتی که داراي کربنند - به عنوان منبع گاز سنتز و تبدیل گاز سنتز به فرآوردههاي باارزش سوختنی که به طور معجزه آسایی داراي کیفیت بسیار بالا و آلودگی بسیار پایینی هستند، با 10 درصد از سوخت هاي نفتی را دست اجرا دارد.
همچنین ایالات متحده آمریکا نیز هدفی چون تولید روزانه 136بیلیون لیتر بیوسوخت را توسط ELSA - سازمان امنیت و استقلال انرژي آمریکا - را در آیندهاي نزدیک دنبال می کند.[1-2] اخیرا تکنولوژيهایی براي تولید سوختهاي میان تقطیري و دیزلی از منابع هیدروکربنی غیر نفتی مورد توجه دانشمندان و بسیاري از شرکتهاي شیمیایی قرار گرفته است.[3] سنتز هیدروکربنها از طریق هیدروژناسیون مونوکسیدکربن در حضور یک فلز، نخستین بار توسط ساباتیر و سندرنس2 در سال 1902 هنگامی که آنها دریافتند مونوکسیدکربن میتواند در حضور کاتالیستهاي کبالت و نیکل هیدروژنه شده و به متان تبدیل گردد، ثبت شد.
[4] نخستین پژوهشها بر روي سنتز هیدروکربنهایی نظیر پارافینها و الفینها در سال 1925 وقتی که فرانتس فیشر و هانس تروپش اعلام نمودند که هیدروکربنها را از گاز سنتز در فشار اتمسفري بر روي کاتالیستهاي آهن و کبالت سنتز نمودهاند آغاز گردید، آنها از کاتالیزورهاي نیکل، کبالت و آهن در دماي حدود 150 تا 250 درجهي سانتیگراد و فشار اتمسفري استفاده نمودند .[5]سنتز فیشر- تروپش نوعی فرآیند پلیمریزاسیون است. که در آن گاز سنتزي که مخلوطی از CO و H2 است به طیف وسیعی از هیدروکربنها با زنجیر بلند و ترکیبات اکسیژندار تبدیل میشود.[6] مونومر تولیدي CH2 است که در اثر جذب و برهمکنش با کاتالیست مورد استفاده و شرایط فیزیکی اعمال شده بر فرآیند به محصولات متنوعی تبدیل می شود. قسمتی از این محصولات سوخت هاي مایعی هستند که داراي کیفیتی بسیار بالا و عاري از ناخالصیهایی چون اکسیدهاي نیتروژن، سولفور، مواد آروماتیکی و فلزات هستند.[7]
در دنیاي مدرن امروزي کاتالیست داراي نقش حیاتی در صنعت و اقتصاد هر کشور است، به طوري که در ایالات متحده در هر سال میلیاردها دلار سود از صادرات مواد کاتالیستی نصیب این کشور میشود. قلب فرآیند فیشر– تروپش را می توان کاتالیست دانست .[9] چون این فرآیند از لحاظ تنوع محصول داراي طیفی گسترده است، طراحی و ساخت کاتالیست بسته به نوع محصول و هدف مورد نظر تغییر خواهد نمود که این خود سبب پیدایش کاتالیستها و روشهاي سنتزي مختلفی شده است. کاتالیست میتواند علاوه بر اثر افزایندگی سرعت، جهت دهنده نیز باشد که این درگزینشپذیري یک کاتالیست نمود پیدا میکند و باعث میشود که محصول مطلوب با بازده بالاتري به دست آید .[10]
.2 روش و مراحل تحقیق
.1.2 بخش تجربی .1 .1.2 تهیه پایه کاتالیست:.
در این روش، درون یک بشر ابتدا محلول 20 درصد از سدیم سیلیکات - محلول آبی با ویسکوزیته زیاد - تهیه شد و مقدار 4-3 قطره معرف فنل فتالئین به محلول سدیم سیلیکات اضافه شد که با افزودن شناساگر رنگ محلول از بیرنگ به ارغوانی تغییر خواهد کرد و در مرحله بعد محلول 1 مولار هیدروکلریک اسید را به مدت 30 دقیقه به محلول مورد نظر قطره قطره می افزاییم . - این مدت زمان برابر با 50 میلی لیتر اسید است - بی رنگ شدن محلول مورد نظر به وسیله افزایش اسید نشان دهنده انجام واکنش مورد نظر و تولید ژل است ودر مرحله بعد به مدت 8 ساعت با همزن الکتریکی - میکسر - با سرعت 500 دور در دقیقه همزده شد. در مرحله بعد ژل تولید شده را به وسیله مقدار زیادي آب حدود 7 یا 8 بار شستشو داده شد تا سدیم باقی مانده از ان جدا شود سپس ان را در دماي 80 درجه سانتی گراد به مدت 45 ساعت در درون آون خشک میکنیم و سپس در دماي 600 درجه سانتی گراد در کوره به مدت 6 ساعت کلسینه شد. وانش ان به صورت زیر است.
.2.2 تهیه کاتالیستسه فلزي{ - Fe . Ce . Co - 30%w / 70%w SiO2} به روش تلقیح مرطوب
کاتالیست بر اساس ترکیب نهاییش که شامل نسبت 1:1:1 از هر فلز - ده درصد وزنی از هرفلز - به همراه 70 درصد وزنی پایه سیلیکاست تهیه شد.و بر مبناي تهیه 3 گرم کاتالیست محاسبات انجام میشود %70 از کل کاتالیست شامل پایه است - - II که با محاسبات مقدار پایه 2,1گرم است و مقدار هر فلز 0,3گرم است.براي تهیه فلزات از نمکهاي نمک کبالت نیترات ٦ آبه جCo - NO3 - 2.6H2Oض ، نمک سریم - III - نیترات ٦ آبه جCe - NO3 - 3.6H2Oض و نمک آهن - - III نیترات ٩ آبه جFe - NO3 - 3.9H2O استفاده میکنیم .
