بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی- کاهشی (Redox) در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال

اختصاصی از فی دوو بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی- کاهشی (Redox) در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت : Word

تعداد صفحات : 114

مقدمه

مصرف رو به رشد گاز طبیعی در جهان و روند رو به کاهش منابع فسیلی و تجدید ناپذیر در دنیا بیانگر تحولی بزرگ در چگونگی به کارگیری این منابع توسط بشر در سالهای آتی است. بنابراین نیاز است تا با اتخاذ شیوه‌هایی بتوان این منبع عظیم را به دیگر فرآورده‌های هیدروکربنی تبدیل کرد و از این طریق ارزش افزوده آن را افزایش داد. با توجه به منابع عظیم گاز طبیعی موجود در جهان و با توجه به این که بخش عمده گاز طبیعی را متان تشکیل می‌دهد و غیر اقتصادی بودن انتقال این گاز به مراکز مصرف کننده دوردست، تبدیل متان به مواد واسطه پتروشیمی و سوخت‌های مایع از دیر باز از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. گاز طبیعی در آغاز هزاره سوم، دومین منبع انرژی ارزان موجود در جهان بوده و فراوانی و در دسترس بودن نسبی این گاز دلایل متقاعد کننده‌ای برای گسترش تحقیقات پیرامون این منبع می‌باشد.

متان با انرژی پیوندی معادل kcal/mol 105 برآیند C–H یکی از پایدارترین آلکان‌ها به حساب می‌آ‌ید. از آنجا که پیش‌بینی می‌شود متان منبع اصلی مواد شیمیایی آینده را تشکیل دهد، با وجود پایداری این مولکول، پژوهش‌های بسیاری برای وارد کردن این مولکول در واکنش‌ها صورت گرفته است.

تحقیقات گسترده‌ای در طی دو دهه اخیر بر روی روش‌های تبدیل مستقیم متان به اتیلن، اتان، فرمالدئید، متانول و ... انجام گرفته است. تبدیل متان به سایر مواد شیمیایی به دو روش کلی مستقیم و غیر مستقیم انجام می‌شود.

در روش غیر مستقیم ابتدا با استفاده از واکنش‌های رفرمینگ، متان با آب در دماهای بالا واکنش داده و به هیدروژن و منواکسید کربن تبدیل می‌‌شود. سپس این مخلوط به متانول یا سایر هیدروکربن‌های مایع تبدیل می‌گردد. در روش مستقیم محصولات حد واسط وجود نداشته و واکنش مستقیماً به تولید محصولات مورد نظر می‌انجامد.

برتری روش تبدیل غیر‌مستقیم به سوخت، عاری بودن محصولات آن از مواد رنگی، آلاینده و بدبو می‌باشد. گرچه این روش از نظر اقتصادی در سطح جهانی و به خصوص در مناطق نفت‌خیز توسعه زیادی نیافته است، اما پس از گذشت 80 سال هنوز هم فرآیند فیشر- تروپش یکی از مهمترین پروژه‌های تحقیقاتی در زمینه تبدیل غیر مستقیم متان به سوخت مایع می‌باشد وتلاشهای بسیاری در جهت تولید کاتالیزورهایی با بازده و طول عمر بالاتر صورت می‌گیرد تا این فرآیند تا حد امکان اقتصادی‌تر گردد.

روش جا افتاده و معمول، تبدیل متان با بخار آب است که گاز سنتز (مخلوط گازی CO و H2 ) را به وجود می‌آورد، پس از آن با هیدروژن‌دار کردن CO، متانول تشکیل می‌شود:

 که متانول خود می‌تواند ماده اولیه برای تولید دیگر محصولات شیمیایی دیگر باشد. هم چنین در فرآیند فیشر-تروپش، از طریق بسپارش کاهشی منواکسید کربن و هیدروژن، هیدروکربن‌های خطی، اولفین‌های مختلف و الکل‌ها، تولید می‌گردند. در روش‌های مذکور، ابتدا متان به گاز سنتز تبدیل می‌شود و پس از آن طی فرآیند‌های فوق به محصولات سوختی مایع تبدیل می‌شود و به همین دلیل این روشها گران هستند، لذا فرآیند تبدیل مستقیم متان بیشتر مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است.

در روش زوج شدن اکسایشی متان (OCM)[1]، متان با اکسیژن در حضور کاتالیزور به اتان، اتیلن، منواکسید کربن و دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌شود. مانع اصلی در توسعه فن‌آوری OCM، بازدهی و گزینش‌پذیری پایین محصولات C2+ می‌باشد. با توجه به دمای بالای مورد نیاز (بیش از °C800) برای انجام واکنش OCM، دستیابی به روشی که این واکنش را در دماهای پایین‌تر و گزینش‌پذیری و بازدهی بالاتری میسر سازد، سبب اقتصادی نمودن این روش نسبت به تبدیل متان بر پایه گاز سنتز خواهد گردید.

1-2- زوج شدن اکسایشی متان

اتیلن محصول با ارزشی است که به عنوان مادر مواد پلیمری شناخته شده است. در حال حاضر این ماده با ارزش از طریق کراکینگ اتان، گازهای نفتی دیگر و یا نفتا تهیه می‌شود. این فرآیند‌ها گرماگیر هستند و به انرژی زیادی نیاز دارند در حالی که فرآیند تهیه اتیلن از متان (گاز طبیعی) از طریق زوج شدن اکسایشی متان (OCM) فرآیندی گرمازاست. به این ترتیب، علاوه بر این که از نظر انرژی کارایی بیشتری دارد، امکان استفاده از گاز طبیعی به عنوان منبعی برای تهیه ترکیبات شیمیایی با ارزش‌تر را نیز افزایش می‌دهد، همچنین متانول و اتیلن را می‌توان به سوخت مایع تبدیل کرد.

به این ترتیب با توجه به منابع عظیم شناخته شده گاز طبیعی در جهان که بالغ برm3 1014×35/1 گزارش شده است [1] و با توجه به مطالب ذکر شده در بالا، تبدیل مستقیم متان به هیدروکربن‌های با ارزش‌تر اهمیت ویژه‌ای دارد. در این میان اتیلن، متانول و گاز سنتز جایگاه ویژ‌ه‌ای دارند. این ترکیبات از طریق اکسایش جزئی بدست می‌آیند و از زمینه‌های تحقیقاتی مربوط به گاز طبیعی هستند.

کاتالیست‌های مناسب برای OCM معمولاً از دسته اکسیدهای فلزی یا مخلوط آنها هستند. نقش اولیه کاتالیست در واکنش OCM فراهم ساختن مسیر واکنشی است که در آن جدا ساختن یک هیدروژن از متان از طریق گونه‌های فعال اکسیژن سطحی تسهیل شده و درعین حال از واکنش‌های اکسیداسیون کامل جلوگیری شود. به همین دلیل کاتالیست باید قادر به تبدیل سریع اکسیژن فاز گاز به گونه‌های گزینش‌پذیر آن باشد تا واکنش‌های جنبی اکسیژن فاز گاز با هیدروکربن‌های C2 و رادیکالهای متیل که منجر به اکسیداسیون کامل آنها می‌گردد، کاهش یابند.

دانلود پایان نامه کارشناسی با عنوان طراحی کاتالیستهای شیمیایی ممانعت کننده از آلودگی هواو توانایی آنهادر پاکیزگی محیط زیست

اختصاصی از فی دوو دانلود پایان نامه کارشناسی با عنوان طراحی کاتالیستهای شیمیایی ممانعت کننده از آلودگی هواو توانایی آنهادر پاکیزگی محیط زیست دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

تعداد صفحات: 107

زبان : فارسی

فرمت : (word)

 چکیده : تنفس در هوایی سالم و پاکیزه یکی از آرزوهای شهروندان در دو دهه اخیر محسوب میگردد. با این هدف این پروژه به منظور گامی در جهت کاهش آلودگی هوا و سالم سازی محیط زیست انتخاب شده است، آلاینده هایی که در این زمینه مورد بررسی قرار گرفتند آلاینده های گازی ناشی از اگزوز وسایط نقلیه موتوری هستند. آلاینده های اصلی گاز اگزوز عمدتاً شامل مونواکسید کربن (CO )، هیدرو کربنهای نسوخته (HC) و اکسیدهای نیتروژن (NOX میباشند. در این راستا چاره جز استفاده از کنوتورهای کاتالیستی وجود ندارد که در آنها واکنشهای اکسیداسیون CO و HC و واکنش احیاء NOX بطور همزمان انجام شوند. برای این منظور از کاتالیستهای سه جانبه (TWC) استفاده گردد. بنابراین در این پروژه شناخت این کاتالیستها در شرایط حقیقی گازهای اگزوز اتومبیل انجام گرفته است.

 کلمات کلیدی

دانلود رایگان پایان نامه- پایان نامه مهندسی شیمی- دانلود شیمی ,دانلود رایگان شیمی,تحقیق شیمی,پروژه شیمی,مقاله شیمی,مقالات شیمی، پاورپوینت شیمی، پایان نامه شیمی، کارآموزی شیمی، ترجمه شیمی، تحقیق آماده شیمی، تحقیق شیمی، کارشناسی ارشد، دانلود,رایگان، تحقیق، پروژه، مقاله، مقالات، پایان نامه، کارآموزی، ترجمه، آماده، کارشناسی ارشد، پایان نامه، کاتالیزور، کاتالیزورهای اکسید کننده، کاتالیزور های احیاء کننده، کاتالیستهای احیاء، سموم کاتالیستی ، اکسید سزیم ، کاتالیست های پالادیم- تنگستن، کاتالیست های پالادیم- لانتانیوم، آلومین ،HC, CO NOX,

فهرست مطالب

پیشگفتار   1

چکیده    3

فصل اول

 مقدمه  6

1-1 انواع آلاینده های موجود در هوای تهران 7

2-1 اثرات سوء آلایندها بر ساختمان بیولوژیکی بدن 8

3-1 لزوم استفاده از کنورتورهای کاتالیستی و خصوصیات کاتالیستی 9 

4-1 تاریخچه و سیر تکاملی کنورتورهای کاتالیستی در سطح جهانی 12

فصل دوم شیمی فیزیک واکنشهای انجام شده در مجاورت کاتالیستهای سه جانبه 16

1-2 واکنشهای انجام شده  19

2-2 شرایط انتخاب کاتالیست سه جانبه  22

 فصل سوم مروری بر کاربرد کاتالیستها در تبدیل گازهای اگزوز  24

1-3 کاتالیزورهای اکسید کننده هیدروکربن و کربن منواکسید  25

2-3   کاتالیزور های احیاء کننده اکسید نیتروژنی  26

3-3 کاتالیست اکسید فلزات انتقالی برای اکسیداسیون   HC , CO    

4-3 کاتالیست فلزات نادر برای اکسیداسیون هیدروکربنها و منواکسید   29

5-3 کاتالیستهای احیاء   NOX و اکسیدهای نیتروژنی       30

 6-3 کاتالیزورهای سه جانبه مقاوم در برابر سموم کاتالیستی برای کنترل همزمان   32

7-3 استفاده از کاتالیست پلاتین- رودیوم در کنورتورهای کاتالیستی   36

8-3 اکسید سزیم بعنوان عامل بهبود دهنده در کاتالیستهای سه جانبه   50

9-3   طراحی کاتالیزور با خواص بهبود یافته  51

10-3 استفاده از کاتالیست های پالادیم- تنگستن در اگزوز اتومبیل  52

11-3 استفاده از کاتالیست های پالادیم- لانتانیوم در کنترل آلودگی اتومبیل  57

فصل چهارم: سینیتیک واکنشها 64

1-4 سینیتیک واکنش اکسیداسیون در مجاورت اکسید فلزات قلیایی   65

2-4 سینیتیک واکنش اکسیداسیون در مجاورت فلزات نادر   68

3-4 سینیتیک واکنش تجزیه و احیاء   72

5-4 احیاء NO بوسیله CO در مجاورت کاتالیزور پالادیم با پایه آلومین   75

6-4 مکانیسم سینتیکی واکنش CO+NO در مجاورت کاتالیستهای مجهز به  84

فصل پنجم انتخاب، طراحی و ساخت کاتالیست  93

1-5 انتخاب و مشخصات پایه کاتالیست  94

2-5   طبقه بندی تداخل های پایه و فلز  95

3-5 ماهیت و ترکیب پایه ها  96

4-5 پایه آلومین  97

5-5 انتقال فازهای آلومین  99

6-5 تهیه و آماده سازی پایه کاتالیست  101

7-5 انتخاب و فرمولاسیون کاتالیست  101

8-5 روش ساخت و تهیه کاتالیست  104

مراجع    107

               

 

گر به دنبال مقاله، کتاب یا پایان نامه خاصی هستید و یا نیاز به ترجمه تخصصی و روان دارید، درخواست خود را به این آدرس ایمیل کنید:

[e-mail]

                                                                  

بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی – کاهشی (Redox)

اختصاصی از فی دوو بررسی فعالیت و انتخاب‌پذیری کاتالیستهای اکسایشی – کاهشی (Redox) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده

در این پایان نامه فرآیند زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیستهای دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی در راکتور بستر سیال بررسی شد. بدین منظور کاتالیست Mn-Na2WO4/SiO2 بعنوان یک کاتالیست دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی انتخاب شد. بمنظور بررسی خاصیت فوق در این کاتالیست آزمایشهای حالت گذرا طراحی و انجام شد. سپس به بررسی شرایط مختلف واکنشی روی این کاتالیست در راکتور بستر سیال پرداختیم.

در آزمایشهای حالت گذرا خوراک متان بدون حضور اکسیژن در فاز گاز به صورت یک تغییر پله&zwnj ای روی کاتالیست فرستاده شد و واکنش زوج شدن اکسایشی متان مورد برسی قرار گرفت. خروجی راکتور توسط دو سیستم GC و GC-MS مورد آنالیز قرار گرفت. اثر دماهای مختلف عملیاتی در میزان تولید محصولات زوج شدن نشان داد که کاتالیست مزبور دارای خاصیت اکسایشی- کاهشی است و با افزایش دمای بستر کاتالیستی میزان تحرک اکسیژن شبکه افزایش یافته و بدین ترتیب افزایش در تولید محصولات را شاهد خواهیم بود. اکسیداسیون مجدد بستر کاتالیستی با اکسیژن و تکرار آزمایشها و نتایج دلیل خوبی در تأیید خاصیت اکسایشی-کاهشی کاتالیست است.

در بخش دوم آزمایشهای حالت گذرا در دو دمای ۸۰۰ و oC850 و با همان شرایط قبلی تکرار شد و درصد تبدیل متان، درصد مولی اجزاء و انتخاب&zwnj پذیری محصولات مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که ابتدا میزان تبدیل متان بالا است و سپس با کاهش اکسیژن کاتالیست و همچنین کاهش سرعت در اختیار قرار دادن آن، میزان تبدیل متان کاهش قابل توجهی می&zwnj یابد.

با توجه به نمودار اجزای مولی محصولات بر حسب زمان در زمانیکه میزان تبدیل بالا است عمده محصولات واکنش زوج شدن C2H6 , C2H4 است. به عبارت دیگر در دقایق اولیه انتخاب پذیری C2+ بالا است ولی با گذشت زمان انتخاب&zwnj پذیری افت محسوس داشته و امکان تشکیل CO روی کاتالیست افزایش می&zwnj یابد. تغییرات فوق در دمای oC850 بدلیل سهولت در اختیار قرار گیری اکسیژن کاتالیست شدیدتر است.

سپس تستهای بررسی عملکرد در راکتور بستر سیال و در شرایط مختلف عملیاتی مورد بررسی قرار گرفت. اثر دمای بستر کاتالیستی، سرعت ظاهری گاز ورودی (دبی حجمی خوراک) و میزان اکسیژن در خوراک ورودی روی بازده و انتخاب&zwnj پذیری کاتالیست پارامترهایی عملیاتی مورد تحقیق بودند و در نهایت مقایسه بین عملکرد بستر ثابت و سیال در شرایط یکسان انجام شد. هنگام انجام فرآیند OCM در بستر سیال، دستیابی به شرایط همدما که اساساً بواسطه اختلاط معکوس فاز جامد می&zwnj باشد، ممکن شد. بالاترین بازده C2+ بدست آمده در راکتور بستر سیال در حدود ۹/۲۱% (سرعت ورودی گاز= cm/s 3/4 (دبی حجمی خوراک= sccm478)، دمای بستر کاتالیستی= &deg C870، ۱=Air/ CH4و وزن کاتالیست= g5/3) بود. انتخاب&zwnj پذیری C2+ با افزایش دما هم برای بستر سیال و هم برای بستر ثابت افزایش می&zwnj یابد ولی در گستره دمایی وسیعی از تغییرات دمایی تقریباً ثابت و همواره در بستر سیال بیشتر از بستر ثابت است.

افزایش سرعت ورودی گاز (دبی خوراک) ورودی از ۱/۲ تا cm/s 1/12 (240 تا sccm 1355) باعث کاهش درصدتبدیل و انتخاب&zwnj پذیری C2+ به ترتیب از مقدار ۱/۲۷% به ۱/۶% و ۹/۶۷% به ۵/۶۱% می&zwnj شود (۱=Air/CH4 و دمای بستر کاتالیستی= &deg C850).

کاهش میزان اکسیژن موجود در خوراک باعث افزایش انتخاب&zwnj پذیری C2+ از ۳/۵۵% به ۶/۷۱% و کاهش درصد تبدیل متان از ۲/۳۲% به ۶/۲۵% می&zwnj شود

فهرست مطالب

پیش گفتار

فصل اول
1-1- مقدمه
1-2- زوج شدن اکسایشی متان
1-3- مکانیزم واکنش
1-4- کاتالیست‌های فرآیند زوج شدن اکسایشی متان
1-4-1- فلزات قلیایی و قلیایی خاکی
1-4-2- لانتانیدها و اکتنیدها
1-4-3- فلزات واسطه
1-5- راکتورهای فرآیند OCM
1-5-1- راکتور بستر ثابت
1-5-2- راکتور غشایی
۱-۵-۳- راکتور بستر سیال

 فصل دوم: سیال سازی
2-1- مقدمه
2-2- پدیده سیالیت
2-3- نمودار افت فشار در مقابل سرعت
2-4- رفتار مایع مانند یک بستر سیال
2-5- مزایا و معایب بسترهای سیال برای عملیات صنعتی
2-5-1- مزایا
2-5-2- معایب
2-6- درهم آمیختن و بهم پیوستن ذرات در دمای بالا
2-7- انواع سیالیت گازی بدون حمل ذرات
2-8- طبقه بندی Geldart از ذرات

فصل سوم: زوج شدن اکسایشی متان در راکتور بستر سیال
3-1- مقدمه
3-2- تاثیر دما و ترکیب خوراک گاز
3-3- اثر سرعت گاز
3-4- اثر ارتفاع بستر
3-5- اثر اندازه ذرات
3-6- اثر حضور اتان در خوراک
3-7- اثر رقیق کردن بستر کاتالیستی با جامد بی‌اثر روی عملکرد راکتور
3-8- عوامل دیگر
3-8-1- اثر ماکزیمم قطر حباب
3-8-2- اثر دما در بخش بالایی بستر
3-8-3- اثر توزیع خوراک اکسیژن و طراحی توزیع کننده ثانوی

فصل چهارم: فعالیتهای تجربی
بررسی واکنش زوج شدن اکسایشی متان روی کاتالیست Mn/Na2WO4/SiO2
4-1- روش ساخت کاتالیست
4-2- تعیین مشخصات کاتالیست
4-3- بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست در حالت گذرا
4-4- بررسی عملکرد کاتالیست
4-5- بررسی کاتالیست از دید سیالیت
4-6- سیستم تست عملکرد کاتالیست در فرآیند زوج شدن اکسایشی متان
4ـ6ـ1ـ بخش خوراک دهی
4-6-2- نوع راکتور آزمایشگاهی
4-7- سیستم آنالیز
4-8- کالیبراسیون سیستم آزمایشگاهی
4-8-1- کالیبراسیون کنترل کننده‌ جریان جرمی (MFC) و روتامتر
4ـ8ـ2ـ کالیبراسیون دستگاه GC
4-8-3- ارائة نمونة محاسبات کالیبراسیون و نتایج حاصل از بررسی عملکرد
4-8-4- محاسبات درصد تبدیل متان، انتخاب‌پذیری محصولات و موازنه کربن
4-8-4-1- درصد تبدیل متان
4-8-4-2- انتخاب‌پذیری محصولات
4-8-4-3- موازنه کربن

فصل پنجم: نتایج و بحث
5-1- نتایج تعیین مشخصات کاتالیست
5-2- نتایج بررسی خاصیت اکسایشی- کاهشی کاتالیست
5-3- نتایج تست عملکرد کاتالیست
5-3-1- اثر دما
5-3-2- اثر دبی خوراک
5-3-3- اثر ترکیب خوراک

فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
مراجع
پیوست‌ها
ضمیمه – الف
ضمیمه – ب