مقاله ساخت و مقایسه نانو کاتالیست های آهن - کبالت - سریم بر پایه سیلیکا با روش تلقیح مرطوب و آهن - کبالت - نیکل به روش همرسوبی در فرایند فیشر - تروپش

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 سپس کاتالیست آهن، کبالت، نیکل نیز به روش همرسوبی تهیه شد ونقش پارامتر هاي موثر نظیر:دماي واکنش ،فشارواکنش و نسبت خوراك، بر گزینش پذیري محصولات تولید شده در فرایند فیشر تروپس به وسیله کاتالیست هاي مورد نظر بررسی شد. آزمایشات در واحد آزمایشگاهی میکرو راکتور بستر ثابت مورد بررسی قرار گرفت.

مقدمه و مبانی نظري

در سنتز فیشر-تروپش - FTS - 1، گاز سنتز - که به طور عمده شامل H2 وCO به دست آمده از زغال سنگ، کودگیاهی و یا گاز طبیعی است - به مخلوط چند جزئی از هیدروکربنها تبدیل می شود. این واکنش راه رسیدن به هیدروکربنهاي مایع و مواد شیمیایی را از گاز طبیعی هموار میکند.[1] سنتز فیشر- تروپش نوعی فرایند پلیمریزاسیون است. که در آن گاز سنتزي که مخلوطی از CO و H2 است به طیف وسیعی از هیدروکربنهاي با زنجیر بلند و ترکیبات اکسیژندار تبدیل میشود .[2]

روشی مناسب براي به تعویق انداختن بحران کمبود نفت خام، استفاده از منابعی است که مقدار آنها بیشتر از منابع نفتی است. سوختهاي فسیلی مانند گازطبیعی و زغالسنگ از جمله این منابع هستند.[3] موضوع تبدیل گازطبیعی به فرآوردههاي مایع در واقع، سیر جدیدي براي بهره گیري از گازطبیعی میباشد. با توجه به اینکه ایران دومین کشور جهان از نظر منابع گازي می باشد، روشهاي موثر بهرهگیري از این ثروت عظیم ملی حائز اهمیت فراوان است 5] ،.[4 هدف از تبدیل گاز سنتز از گاز طبیعی استفاده از منابع زیستی، مقرون به صرفه بودن، تولید در داخل کشور، تامین انرژي مورد نیاز میباشد .[6]

بخش مهم و تعیینکنندهي این فرآیند، کاتالیزور میباشد. کاتالیزورهاي فرآیند سنتز فیشر‐ تروپشعمدتاً به دو دسته کاتالیزورهاي بر پایه آهن و کاتالیزورهاي بر پایه کبالت تقسیم میشوند. البته در هر گروه از کاتالیزورها، تعدادي از عناصر به عنوان پایه و ارتقاء دهنده، نیز مطرح هستنداخیراً. کاتالیزورهاي بر پایه آهن به دلیل قیمت پائینتر نسبت به سایر کاتالیزورها، همچنین طول عمر مناسبو فعالیت قابل قبول، مخصوصاً براي گاز سنتز با محتواي هیدروژن کمتر مورد توجه جدي قرار گرفتهاند. لذا آهن به عنوان یک کاتالیزور مناسب براي سنتز فیشر- تروپش مطرح میباشد.

سوختهاي تولید شده با فرایند FTS به علت آروماتیسیتی بسیار پایین و فقدان گوگرد، داراي کیفیت بالایی هستند. در کنار سوختها، محصولات با ارزش دیگري از طریق فرآیند FTS همراه با فآیندهاي افزایش میزان2 به دست میآید. . عمدهي محصولات فرآیند FTS شامل سوختهاي هیدروکربنی - مانند بنزین، سوخت دیزل و سوخت جت - ، اولفینها3، مومها4، ترکیبات اکسیژندار - مانند الکلها - میباشند.

.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.

.2.2.2 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 6 آبه - Co - NO3 - 2.6H2O - ، نمک سریم - III - نیترات 6 آبه - Ce - NO3 - 3.6H2O - و نمک آهن - - III نیترات 9 آبه Fe - NO3 - 3.9H2O - استفاده میکنیم .

ابتدا 2,1گرم پایه سیلیکا درون بالن روتاري ریخته شد و سپس در بشر 50 میلی لیتري 1,489گرم از نیترات کیالت و 0, 929 گرم از نیترات سریم و 2,164گرم از نیترات آهن را با هم مخلوط کرده و با مقدار کمی اب انهارا حل میکنیم و محلول فلزي بشر را به بالن مخصوص روتاري منتقل میکنیم .سپس دستگاه روتاري را روشن نموده و در دماي ٨٠ درجه سانتی گراد و با دور ثابت 20 دور دردقیقه تنظیم کرده و فرایند تلقیح در مدت زمان 4ساعت انجام می شود و در مرحله بعدتالیستکا را از بالن دستگاه خارج کرده و آن را به وسیله پمپ خلاً صاف نموده و در آون خشک کرده و در نهایت کاتالیست را درون کوره با دماي 600 درجه سانتی گراد به مدت 6 ساعت کلیسنه شدند. در این مرحله کاتالیست براي تست راکتوري آماده شده است.

.3.2.2 روش تست کاتالیست در میکرورآکتور بسترثابت

در هر ازمایش به طور دقیق یک گرم کاتالیست را وزن کرده، و کاتالیست در درون راکتور قرار می دهیم. قبل از شروع واکنش، به مدت 2ساعت عمل احیاء کاتالیستها، بوسیله باز نمودن شیر مربوط به گاز هیدروژن انجام می شود. سپس دماي کوره را بر روي دماي مورد نظر براي انجام واکنش تنظیم نموده و شیرگاز مونوکسید کربن را باز نموده و نسبت شدت جریان گازهاي ورودي - خوراك - را توسط کنترل پانل تنظیم میکنیم. پس از گذشت 45 دقیقه که آزمایش انجام شد ، دستگاه کروماتوگرافی گازي را روشن نموده و محصولات بدست آمده را براي تعیین درصد تبدیل گاز مونوکسیدکربن و میزان گزینش پذیري نسبت به هر یک از محصولات، مورد تجزیه و تحلبل قرار می دهیم.