بخشی از مقاله
چکیده
غیر فعال شدن کاتالیست سنتز متانول در شرایط صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اینکه سازوکار غیر فعال شدن کلوخهای شدن فلز مس - فاز فعال - است، مدلی بر مبنای برخورد-ادغام بلورهای مس فلزی توسعه داده شد. بر این اساس شکل دیفرانسیلی معادله غیر فعال شدن ذاتی به صورت بیان توانی ساده از درجه ۴ بدست آمد. اثر محدودیت نفوذی درون دانهای بر روی شکل رابطه غیر فعال شدن کاتالیست نیز بررسی شد.
معلوم شد که شکل توانی ساده حفظ میشود، ولی درجه غیر فعال شدن افزایش مییابد که بسته به شدت محدودیت نفوذی ممکن است تا درجه ۷ باشد. دادههای آزمایشگاهی این دامنه توانی را بخوبی تایید میکنند. با توجه به این که مقاومت نفوذی در فاز مایع بیشتر است، رفتار غیر فعال شدن مطلوبتری از کاتالیست در فاز مایع انتظار میرود.
مقدمه
متانول یک ماده خام شیمیایی و یک ماده میانی پتروشیمیایی بسیار مهم است. این ماده سالهاست که در مقیاس بسیار زیاد از کاهش کاتالیستی مونوکسید کربنِ گاز سنتز - مخلوط قه و لد - توسط هیدروﮊن تولید میشود. بنابراین، طول عمر و رفتار غیر فعال شدن کاتالیست آن، بویژه برای مشابه سازی و بهینه سازی پویای فرایند، بسیار مهم است. بهینه سازی پویا برای بهبود طراحی و بهره برداری از فرایندها اهمیت زیادی دارد ]۱.[
انتشارات در مورد غیر فعال شدن کاتالیست سنتز متانول کم، پراکنده و بیشتر کیفی است. به دلیل شرایط عملیاتی ملایم - ۰۹۴ تا ل ۰۷۵ و ۵ تا هبق ۸ - ، رسوب کک غیر متعارف است، و در محیط عاری از سموم - ترکیبهای فرار فلزی، گوگرد وکلر - ، کلوخهای شدن١ عامل اصلی غیر فعال شدن کاتالیست انگاشته میشود ]۱-۳.[ بویژه اینکه، فعالیت کاتالیست صنعتی در سنتز متانول در شرایط صنعتی متناسب با مساحت سطحی مس - جزﺀ فعال اصلی - است ]۲.[
کلوخهای شدن از دست رفتن سطح فعال کاتالیست به دلیل رشد ریزبلورهای کوچکتر فاز کاتالیستی یا پایه است . سازوکار رشد ریزبلورها ممکن است مهاجرت بلوری، مهاجرت اتمی و - در دماهای خیلی بالا - انتقال بخار باشد ]۴.[ سرعت کلوخهای شدن تحت تاثیر دما، نوع فلز، پراکندگی فلز، جو اطراف، بافت و مساحت سطحی پایه و حضور ارتقا دهنده/ناخالصی هاست. دماهای بالا به کلوخهای شدن کمک میکنند و اغلب حضور بخار آب آن را تسریع میکند.
در یک کاتالیست متعارف سنتز متانول، صقلئAَقغظَأه، مس فاز فعال است که با قغظ و دیگر "پایدارکنندهها" ارتقا داده شده است. به دلیل نقطه ذوب نسبتاﹰ پایین مس - ل ۶۵۳۱ - ، کاتالیستهای بر پایه مس در مقایسه با سایر کاتالیستهای فلزی - آهن، نیکل، پلاتین - بیشتر در معرض کلوخهای شدن هستند. یکی از نقشهای پایدار کننده در فرمولاسیون کاتالیست جدا کردن ریزبلورهای٢ - عغ ۷-۵ - به خوبی پراکنده شده مس به صورت فیزیکی، و مانع شدن از فرایند کلوخهای شدن است.
غیرفعال شدن اولیه خیلی سریع است، بطوریکه کاتالیست تازه ممکن است تا ۰۶% فعالیت خود را در ۰۲ ساعت نخست از دست بدهد ]۵.[ طول عمر معمول حدود ۲ سال است. برای جبران از دست رفتن فعالیت، در طی بهره برداری، دما به آهستگی افزایش داده میشود. در پژوهش حاضر، تشابهی میان توده شدن ذرات بلوری - مس - و پلیمری شدن مونومرها در نظر گرفته شده، و بر این اساس مدلی برای بیان کلوخهای شدن توسعه داده شده است. اثر نفوذ درون دانهای روی رفتار غیر فعال شدن ظاهری نیز توضیح داده شده است.
پیشینه نظری
در مراجع در مورد این که چه سازوکار کلوخهای شدن در یک شرایط خاص عمل میکند اختلاف نظر وجود دارد ]۸.[ کلوخهای شدن تابع زمان و دماست. روابط تجربی برای بیان فعالیت کاتالیست به صورت تابعی از هر دو پیشنهاد شده اند.
