مطالعه سینتیک سنتز فیشر- تروپش بر روی کاتالیزورهای دو فلزی آهن منگنز تهیه شده به روش همجوشی در حضور ساپورت لانتانیوم

فایل زیر شامل

۱- عدد فایل ورد(قابل ویراش) پایان نامه ارشد به همراه فایل پی دی اف به تعداد ۱۶۵صفحه است.

۲- فایل های پیوست مربوط به نتایج فصل چهارم

چکیده:

سنتز فیشر- ترپش یک تکنولوژی مهم در تولید سوخت­های مایع، از گاز سنتز به دست آمده از زغال سنگ، و گاز طبیعی است. در فرایند فیشر تروپش کاتالیزورهای با کارایی بالا، نقش اساسی در کاربردهای صنعتی دارند. در میان کاتالیزورهای منتخب برای سنتز فیشر- تروپش کاتالیزور آهن- منگنز به دلیل گزینش­پذیری زیاد نسبت به اولفین­ها، وپایداری بسیار خوب، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این مطالعه کاتالیزور آهن منگنز به روش همجوشی ساخته شد، و آزمایشات شناسایی از قبیل پراش پرتو ایکس، تصویر برداری با میکروسکوپ الکترونی پویشی و تعین مساحت سطح فعال ویژه، روی کاتالیزور کلسینه شده انجام شد. همچنین عملکرد کاتالیزور برای سنتز فیشر- تروپش، و توزیع محصولات تحت شرایط مختلف واکنش مورد برررسی قرار گرفت. مطالعه­ی جزئیات سینتیکی سنتز فیشر تروپش روی کاتالیزور آهن منگنز در یک میکرو راکتور بستر ثابت تحت شرایط دمای بالا انجام شد. سایر شرایط آزمایش عبارتند از دما بین ۵۷۳ تا ۶۰۳ کلوین، فشار بین ۱ تا ۱۵ بار، نسبت هیدروژن به منواکسیدکربن در خوراک بین۱ تا ۳، و سرعت فضایی گاز سنتز ۴۵۰۰ بر ساعت. با تغیر سرعت فضایی گاز سنتز، و تغیر اندازه­ی دانه­های کاتالیزور محدودیت­های ناشی از انتقال جرم کاهش یافت. چندین عبارت سرعت از نوع لانگمویر- هنشلوود– هوگن- واتسون برای واکنش به دست آمد. بر اساس مجموعه­ی مفصلی از مکانیسم­های ممکن برای واکنش، تشکیل هیدروکربن­ها بر اساس مکانیسم کاربید و واکنش جابجایی گاز- آب بر اساس مکانیسم فرمات پیش بینی شد. همخوانی چهار مدل برای عبارت سرعت واکنش فیشر- تروپش، و دو مدل برای عبارت سرعت واکنش جابجایی گاز آب، با سرعت­های به دست آمده از آزمایشات، مورد بررسی قرار گرفت. مدل منتخب با استفاده از نرم افزار پلی­مث با الگوریتم لوونبرگ- مارکوات و آزمون­های آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. انرژی فعالسازی برای واکنش فیشر تروپش ۰۷/۹۸ و برای واکنش جابجایی گاز-آب ۴۲/۷۰ کیلو ژول بر مول به دست آمد همچنین گرمای جذب سطحی برای منواکسیدکربن ۶۳/۳۷- و برای آب ۹۲/۱۲- کیلو ژول بر مول به دست آمد. مقدار زیاد انرژی فعال سازی به دست آمده برای واکنش فیشر- تروپش نشان دهنده­ی این بود که محدودیت­های انتقال جرم بین دانه­ای ناچیز هستند.

 

كلمات­كليدي: سنتز فیشر-­تروپش، مطالعه سینتیک، کاتالیزور آهن-منگنز، راکتور بستر ثابت، انتقال جرم

 

فهرست مطالب

 

 

ب

عنوان مطلب صفحه

 

فصل اول: مقدمه­ای بر فرایند فیشر- تروپش     ۱

۱-۱-مقدمه  ۲

۱-۲- سنتز فیشر- تروپش    ۳

۱-۳- تاریخچه سنتز فیشر- تروپش    ۴

۱-۴- عوامل موثر بر سنتز فيشر- تروپش    ۶

۱-۵- محصولات سنتز فیشر- تروپش    ۶

۱-۶- طبقه ‌بندی کاتالیزور‌ها ۷

۱-۷- اجزاء کاتالیزور ۹

۱-۷-۱-  اجزا فعال.. ۱۰

۱-۷-۲- پایه. ۱۱

۱-۷-۳- تقویت کننده­ها ۱۲

۱-۸- ويژگي‌هاي عمومي کاتاليزور ۱۲

۱-۸-۱- فعاليت… ۱۲

۱-۸-۲- گزینش­پذیری.. ۱۳

۱-۸-۳- طول عمر. ۱۳

۱-۸-۴- شكل ظاهري.. ۱۳

۱-۸-۵- مقاومت مكانيكي.. ۱۴

۱-۸-۶- مشخصات حرارتي.. ۱۴

۱-۸-۷- امكان بازيافت… ۱۵

۱-۸-۸- هزینه. ۱۶

۱-۹- تأثير شرايط عملياتي روي گزينش ‌پذيري   ۱۶

۱-۹-۱- اثر دما ۱۶

۱-۹-۲-  اثر فشار ۱۶

۱-۹-۳- اثر تركيب گاز سنتز (نسبت H2/CO) 17

۱-۱۰- اثر پدیده­های انتقال جرم و انتقال حرارت در سطح کاتالیزور ۱۷

۱-۱۰-۱- نفوذ حفرهای.. ۱۷

۱-۱۰-۲- مقاومت فیلم گاز ۱۹

۱-۱۰-۳-  اثرات حرارتی حین واكنش…. ۱۹

۱-۱۱- روش­های تهيه کاتالیزور ۲۱

۱-۱۱-۱- روش همرسوبي.. ۲۱

۱-۱۱-۲- روش سل ژل.. ۲۲

۱-۱۱-۳- روش تلقيح.. ۲۲

۱-۱۱-۴- روش همجوشی.. ۲۲

۱-۱۲- راكتورهاي سنتز فيشر- تروپش    ۲۴

۱-۱۲-۱- راكتور بستر ثابت… ۲۵

۱-۱۲-۲- راكتور بستر سیال.. ۲۷

۱-۱۲-۳-راكتور بستر سیال در گردش… ۲۸

۱-۱۲-۴- راكتورهاي دوغابي يا سه‌فازي.. ۲۹

۱-۱۲-۵- راكتورهاي كوچك آزمایشگاهی.. ۳۱

۱-۱۳-  مقايسه راکتورهاي آزمايشي با يکديگر  ۳۳

۱-۱۴- نتیجه­گیری   ۳۵

فصل دوم: مکانیسم­های رایج برای واکنش فیشر- تروپش     ۳۷

۲-۱-مقدمه  ۳۸

۲-۲-مکانيسم سنتز فيشر- تروپش    ۳۹

۲-۳-مکانيسم­های برتر سنتز فيشر- تروپش    ۴۴

۲-۳-۱-مكانيسم آلکیل یا کاربید. ۴۵

۲-۳-۲-مکانیسم آلکنیل.. ۴۶

۲-۳-۳-مکانیسم انول.. ۴۷

۲-۳-۴-مكانيسم كاربيد- انو‌ل.. ۴۹

۲-۳-۵-مكانيسم موازي.. ۵۰

۲-۴- مکانیسم واکنش جابجایی گاز- آب) (WGS  ۵۰

۲-۵-جذب سطحی گازها بر روی جامدات   ۵۲

۲-۶-نتیجه­گیری   ۵۳

فصل سوم: مرورری بر مدل سازی سینتیکی واکنش فیشر-تروپش بر روی کاتالیزورهای آهن    ۵۵

۳-۱-مقدمه  ۵۶

۳-۲-سنتز فیشر- تروپش و مدل سینتیکی   ۵۷

۳-۲-۱-مدل توانی.. ۵۷

۳-۲-۲-مدل‌ سينتيكي LHHW… 58

۳-۲-۳-مدل‌ سينتيكي Elay-Rideal 58

۳-۳-تحولات صورت گرفته در مدل سازی سینتیکی واکنش فیشر- تروپش    ۵۸

۳-۴- معادلات سرعت برای  واکنش فیشر-تروپش بر روی کاتالیزورهای آهن   ۶۰

۳-۴-۱-مدلهای سینتیکی بر اساس فرضیه عامل بازدارندگی سرعت توسط آب یا دی­اکسیدکربن.. ۶۳

۳-۴-۲-مدل های سینتیکی بدون در نظر گرفتن تاثیرات بازدارندگی آب و دی­اکسیدکربن.. ۶۸

۳-۵- مدل های سینتیکی پیچیده ۶۹

۳-۶- مروری بر مکانیسم­های پیشنهاد شده برای واکنش جابجایی گاز- آب   ۷۳

۳-۷-نتیجه گیری   ۷۵

فصل چهارم: انجام آزمایشات و تعین مدل سینتیکی مناسب    ۷۷

۴-۱-مقدمه  ۷۸

۴-۲-ساخت کاتالیزور ۷۹

۴-۳-آزمایشات شناسایی   ۸۰

۴-۳-۱-آزمایشات BET.. 81

۴-۳-۲-آزمایشات SEM… 82

۴-۳-۳-آزمایشات XRD.. 83

۴-۴- راکتور آزمایشگاهی   ۸۴

۴-۵-آزمایشات مربوط به حذف مزاحمت­های انتقال جرم  ۸۷

۴-۶-آزمایشات مربوط به کاهش درصد تبدیل   ۹۰

۴-۶-۱-روش استفاده از فرمول­های راکتور دیفرانسیلی (Mixed) برای راکتور انتگرالی (Plug) 92

۴-۶-۲-انجام آزمایشات برای کاهش درصد تبدیل.. ۹۲

۴-۶-۳-آزمایشات سینتیک… ۹۴

۴-۷-توزیع محصولات   ۹۹

۴-۸-محاسبه انرژی فعال سازی   ۱۰۵

۴-۹-به دست آوردن معادلات سرعت   ۱۰۷

۴-۹-۱-عبارت سرعت FT1A.. 107

۴-۹-۲- عبارت سرعتFT1B.. 108

۴-۹-۳-عبارت سرعت FT2C.. 109

۴-۹-۴-عبارت سرعت FT2D.. 109

۴-۱۰-بررسی عبارت­های سرعت به دست آمده ۱۱۰

۴-۱۱-بررسی عبارت سرعت برای واکنش جابجایی گاز- آب   ۱۱۲

۴-۱۱-۱- عبارت سرعت WGS1 113

۴-۱۱-۲-عبارت سرعت  WGS2 115

۴-۱۲- بررسی عبارت­های سرعت به دست آمده برای واکنش جابجایی گاز-آب   ۱۱۷

۴-۱۳- نتیجه­گیری   ۱۱۹

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات    ۱۲۰

۵-۱- نتیجه­گیری   ۱۲۱

۵-۲ پیشنهادات   ۱۲۲

مراجع   ۱۲۳

پیوستها  ۱۲۸

پیوست الف)- مقادیر سرعت به کار رفته در عبارت سرعت FT1B   ۱۲۹

پیوست ب)- مقادیر سرعت به کار رفته در عبارت سرعت WGS1 130

پیوست پ)- مقادیر سرعت به کار رفته در عبارت سرعت WGS2 131

پیوست ت)- آشنایي با نرم افزار پلی‌مث ((Poly Math  ۱۳۲

پیوست ج) – نمونه­ای از طیف­های کروماتوگرافی گازی   ۱۳۶

 

 

 

فهرست جدول‌ها

جدول صفحه

 

جدول ۱-۱ مقایسه بین عملکرد راکتور بستر ثابت و دوغابی……………………………………………………………… ۳۱
جدول۲-.۱ واکنش های اصلی در سنتز فیشر- ترپش………………………………………………………………………… ۳۸
جدول ۳-۱٫ معادلات پیشنهاد شده برای سینتیک واکنش فیشر-تروپش بر روی کاتالیزور آهن بر اساس مکانیسم های الی- ریدل و لانگمویر- هینشلوود ۶۱
جدول ۳-۲٫ مدل های سینتیکی پیچیده برای کاتالیزور آهن در واکنش فیشر تروپش……………….. ۶۹
جدول۳-۳٫ عبارت­های سرعت پیشنهاد شده برای واکنش جابجایی گاز- آب……………………………………. ۷۴
جدول ۴-۱٫ درصد عناصر تشکیل دهنده­ی کاتالیزور………………………………………………………………………….. ۷۹
جدول ۴-۲٫ اندازه دانه­های کاتالیزور مورد استفاده……………………………………………………………………………… ۸۰
جدول ۴-۳٫ مساحت سطح فعال برای کاتالیزور با اندازه­های متفاوت………………………………………………… ۸۱
جدول ۴-۴٫ شرایط احیا برای تمام آزمایشات صورت گرفته……………………………………………………………….. ۸۵
جدول ۴-۵٫ شرایط عملیاتی به کار رفته برای بررسی مزاحمت­های انتقال جرم……………………………….. ۸۷
جدول ۴-۶٫ شرایط عملیاتی به کار رفته برای بررسی آزمایشات سینتیک………………………………………… ۹۳
جدول۴-۷٫ نتایج به دست آمده برای نسبت خوراک ۱………………………………………………………………………. ۹۵
جدول۴-۸٫ نتایج به دست آمده برای نسبت خوراک ۲………………………………………………………………………. ۹۶
جدول۴-۹٫ نتایج به دست آمده برای نسبت خوراک ۳……………………………………………………………………….. ۹۶
جدول ۴-۱۰٫ مدل­های پیشنهاد شده برای واکنش فیشر- تروپش…………………………………………………….. ۱۰۷
جدول ۴-۱۱٫ عبارت­های سینتیکی به دست آمده………………………………………………………………………………. ۱۱۰
جدول۴-۱۲٫ نتایج به دست­آمده از نرم افزار پلی مث برای عبارت­های سرعت………………………………….. ۱۱۱
جدول ۴-۱۳٫ مدل­های پیشنهاد شده برای واکنش جابجایی گاز- آب………………………………………………. ۱۱۳
جدول ۴-۱۴٫ نتایج به دست­آمده از عبارت­های سرعت پیشنهاد شده برای واکنش جابجایی­گاز- آب ۱۱۷
جدول۴-۱۵٫ مقادیر به دست آمده برای آزمون آماریMARR………………………………………………………….. ۱۱۸

فهرست شکل‌ها

شکل صفحه

شکل ۱- ۱٫  شبیه سازی انجام واکنش روی سطح کاتالیزور مورد استفاده در این تحقیق.. ۳

شکل ۱-۲٫ اولین واحد صنعتی شرکت ساسول با نام ساسول ۱ در ژوهانسبورگ… ۵

شکل ۱-۳٫ طرح کلی از یک واحد تبدل گاز به مایع(GTL) 7

شکل ۱-۴ نمونه ای از کاتالیزور شکل­دهی شده ۱۴

شکل۱-۵ نمایی از یک دانه­ی کاتالیزور مورد استفاده در این تحقیق و سطح آن وحفرات احتمالی درون آن.. ۱۸

شکل ۱-۶ فیلم گاز روی سطح کاتالیزور ومولکول­های در حال نفوذ. ۱۹

شکل ۱-۷ نحوه ی کنترل دما در بستر راکتور برای واکنش­های گرماده ۲۰

شکل ۱-۸-   نمایی از یک واحد صنعتی تولید کاتالیزور به روش همجوشی.. ۲۴

شكل ۱-۹٫ راكتور بستر ثابت چند لوله‌اي.. ۲۶

شكل۱-۱۰٫ راكتور بستر سیال.. ۲۸

شكل ۱-۱۱٫ راكتور بستر سيال در گردش . ۲۹

شكل ۱-۱۲٫ راكتور دوغابي ۳۰

شكل ۱-۱۳٫ ميكرو راكتور دوغابی.. ۳۲

شكل ۱-۱۴٫ ميكرو راكتور بستر ثابت مورد استفاده در این تحقیق.. ۳۳

شكل ۱-۱۵٫ ميكرو راكتور سبد چرخشی ۳۴

شکل۲-۱٫ مکانيسم پيشنهادي براي سنتز فيشر- تروپش توسط يک حدواسط هيدروکسي متيلن.. ۴۱

شکل ۲-۲٫ مکانيسم فيشر- تروپش شامل وارد شدن  CO.. 42

شکل ۲-۳٫ واکنش قطعات CH2 روي سطح فلز ۴۳

شکل۲-۴٫ مکانيسم پليمريزاسيون CH2 جذب شده ۴۳

شکل ۲-۵٫ مرحله انتهايي پليمريزاسيون روي سطح فلز ۴۳

شکل ۲-۶٫ مکانيسم سنتز آلکن ۴۴

شكل۲-۷٫ مراحل شروع، رشد و اختتام زنجير بر پايه مكانيسم آلکیل.. ۴۶

شكل۲-۸٫ مراحل شروع، رشد و اختتام زنجير بر پايه مكانيسم آلکنیل.. ۴۷

شكل ۲-۹٫ مراحل شروع، رشد و اختتام بر پايه مكانيسم انول.. ۴۸

شكل ۲-۱۰٫ مراحل شروع رشد و اختتام بر پايه مكانيسم كاربيد- انول.. ۴۹

شکل۲-۱۱- مکانیسم واکنش جابجایی گاز- آب بر اساس حدواسط فرمات.. ۵۲

شکل۲-۱۲- مکانیسم واکنش جابجایی گاز- آب بر اساس اکسیداسیون مستقیم. ۵۲

شکل۳-۱٫ طرح کلی از واکنشهای درگیر در سنتز فیشر – ترپش…. ۵۶

شکل ۴-۱٫ تصاویر SEM از سطح  کاتالیزور ۸۲

شکل۴-۲٫ طیف XRD مربوط به کاتالیزور قبل و بعد از تست… ۸۳

شکل ۴-۳٫ طرح شماتیک از میکرو راکتور آزمایشگاهی مورد استفاده ۸۴

شکل ۴-۴٫ تصویر دستگاه میکرو راکتور مورد استفاده ۸۵

شکل ۴-۵٫ نمودار فعالیت کاتالیزور با دما ۸۶

شکل ۴-۶٫ نمودار تغیر سرعت مصرف منواکسیدکربن با تغیر اندازه دانه­های کاتالیزور ۸۷

شکل۴-۷٫ نمودار تغیر درصد محصولات با تغیر اندازه­ی دانه­های کاتالیزور ۸۸

شکل ۴-۸٫ نمودار تغیر سرعت مصرف منواکسیدکربن با تغیر سرعت فضایی.. ۹۰

شکل ۴-۹٫ نمودار رابطه­ی سرعت با درصد تبدیل در راکتور  انتگرالی.. ۹۱

شکل۴-۱۰٫ نمودار رابطه­ی سرعت با درصد تبدیل در راکتور دیفرانسیلی.. ۹۱

شکل ۴-۱۱٫ روند کاهش درصد تبدیل و برابر شدن حجم راکتور دیفرانسیلی با راکتور انتگرالی.. ۹۲

شکل۴-۱۲٫ نمودار تغیر درصد محصولات با تغیر درصد نیتروژن در خوراک ورودی.. ۹۳

شکل ۴-۱۳٫ روند انجام آزمایشات برای ۶ فشار در دمای C˚۳۲۰ و نسبت ۲٫ ۹۴

شکل ۴-۱۴٫ سرعت واکنش فیشر- ترپش برحسب فشار منواکسیدکربن در دمای ۵۷۳ کلوین.. ۹۷

شکل ۴-۱۶٫ سرعت واکنش فیشر- ترپش برحسب فشار منواکسیدکربن در دمای ۵۹۳ کلوین.. ۹۸

شکل ۴-۱۷٫ سرعت واکنش فیشر- ترپش برحسب فشار منواکسیدکربن در دمای ۶۰۳ کلوین.. ۹۸

شکل ۴-۱۸٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۱و دمای ۵۷۳ کلوین.. ۱۰۰

شکل ۴-۱۹٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۱و دمای ۵۸۳ کلوین.. ۱۰۰

شکل ۴-۲۰٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۱و دمای ۵۹۳ کلوین.. ۱۰۱

شکل ۴-۲۱٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۱و دمای ۶۰۳ کلوین.. ۱۰۱

شکل ۴-۲۲٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۲و دمای ۵۷۳ کلوین.. ۱۰۱

شکل ۴-۲۳٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۲و دمای ۵۸۳ کلوین.. ۱۰۲

شکل ۴-۲۴٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۲و دمای ۵۹۳ کلوین.. ۱۰۲

شکل ۴-۲۵٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۲و دمای ۶۰۳ کلوین.. ۱۰۲

شکل ۴-۲۶٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۳و دمای ۵۷۳ کلوین.. ۱۰۳

شکل ۴-۲۷٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۳و دمای ۵۸۳ کلوین.. ۱۰۳

شکل ۴-۲۸٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۳و دمای ۵۹۳ کلوین.. ۱۰۳

شکل ۴-۲۹٫ نمودار درصد محصولات تولید شده برحسب فشار  برای نسبت ۳و دمای ۶۰۳ کلوین.. ۱۰۴

شکل ۴- ۳۰٫ نمودار میانگین درصد محصولات تولیدی و مصرف منواکسیدکربن در هر نسبت خوراک… ۱۰۵

شکل ۴-۳۱٫ نمودار lnK بر حسب ۱/T.. 106

شکل ۴-۳۲٫ نمودار مقادیر سرعت واکنش فیشر- تروپش محاسبه شده بر حسب سرعت تجربی.. ۱۱۲

شکل ۴-۳۳٫ نمودار مقادیر سرعت واکنش جابجایی گاز-آب محاسبه شده بر حسب سرعت تجربی برای مدل WGS1 118

شکل ۴-۳۴٫ نمودار مقادیر سرعت واکنش جابجایی گاز-آب محاسبه شده بر حسب سرعت تجربی برای مدل WGS2 120

 

  • softmec
  • هیچ
  • 22 بازدید
  • 05 آوریل 22
برچسبها
محصولات مرتبط

دیدگاهی بنویسید.

0