تحقیق در مورد ترمودینامیک تشکیل ذرات کاتالیست Ni برای رشد نانو لوله های کربنی

اختصاصی از اس فایل تحقیق در مورد ترمودینامیک تشکیل ذرات کاتالیست Ni برای رشد نانو لوله های کربنی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه15

فهرست مطالب

خلاصه:

مقدمه:

2- مدل و بحث:

1-2: پارامترهای ترمودینامیکی نانو ذره و نانو

فیلم:

2-2: ترمودینامیک تبدیل نانو فیلم Ni به نانو ذرخ Ni:

پارامترهای ترمودینامیکی وابسته به اندازه نظیر انرژی آزاد گیبس، انتالبی و انرژی برای گذار از نانو فیلم Ni به ذرات کاتالیست Ni به منظور پیش درآمدی بر رشد نا لوله های کربنی بررسی شده است. در این تحقیق ما معاملات مشتق شده از دمای ذوب نانو ذرات وابسته به اندازه را بر اساس کارای قبلی خود بررسی کرده ایم. با استفاده از این یافته های ترمودینامیکی دریافت می شود که قطر ذرات Ni سه برابر بیشتر از ضخامت فیلم اصلی است. حداقل ضخامت فیلم لازم برای تبدیل نانو فیلم به نانو ذره از روی اندازه بحرانی و پایدار Ni تبدیل شده به نانو ذره Ni بدست می آید. پیش بینی های ما در توافق وبی با نتایج آزمایشگاهی است.

در سالهای اخیر به خاطر کاربرد وسیع و خواص بی نظیر نانو لوله های کربنی توجه زیادی به مکانیزم ساخت و تشکیل نانو لوله های کربنی می شود، یکی از روشهای مرسوم برای تشکیل نانو لوله های کربنی تجزیه بخار شیمیایی(CVD) است که این ساختار گرانیتی بر روی سطح فلز حدودا در دمای زیر   در تجزیه کربن که بصورت گازی است شکل می گیرد در این فرایند معمولا نانو ذرات کاتالیست ابتدا بر روی سطح بوسیله عملیات حرارتی فیلم نازک رسوب کرده، تشکیل می شوند که این نانو ذرات در جوانه زنی و تشکیل نانو لوله های کربنی شرکت می کنند. اندازه اولیه و تحرک کاتالیست
می تواند بطور مشخصی بر تشکیل و پیکربندی نانو لوله های کربنی و دیگر نانو لوله ها یا نانو وایرها تاثیر بگذارد.

ترمودینامیک پایه برای تشکیل نانو ذرات کاتالیست توسط jiang et al بیان شده است که یک مدل برای پیش بینی شرایط یک بعدی برای تبدیل نانو فیلم Ni به نانو ذره Ni و سپس تشکیل نانو ذرات و پوشانده شدن با یک ردیف کربن پیشنهاد کرده است. اساس این مدل و بررسی ها بر تبعیت اندازه از نقطه ذوب نانو ذرات است پیش بینی می شود که شعاع ذرات تبدیل شده 5/1 برابر بزرگتر از ضخامت فیلم اولیه است. Liang et al ترمودینامیک تشکیل نانو ذرات را بوسیله فرایند جوانه زنی وابسته به شکل و حالت ماده(جامد، مایع یا گاز) منبع است که در گزارشات قبلی مورد بررسی قرار نگرفته اند.

در این کار پارامترهای ترمودینامیکی نظیر آنتالپی، انتروپی و انرژی آزاد گیبس برای مدل کردن اندازه بحرانی و پایدار نانو ذرات Ni در

دانلود تحقیق مطالعه پلیمریزاسیون پروپیلن با استفاده از کاتالیست زیگلر- ناتا

اختصاصی از اس فایل دانلود تحقیق مطالعه پلیمریزاسیون پروپیلن با استفاده از کاتالیست زیگلر- ناتا دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

پلی پروپیلن (PP) یکی از پرمصرف¬ترین مواد پلیمری جهان است که مصرف آن روز به روز افزایش     می-یابد. میزان مصرف این پلیمر در سال 1970، 5/1 میلیون تن، در سال 1990 حدود 13 میلیون تن و در سال 1995، 19 میلیون تن بوده است و پیش بینی می شود که میزان مصرف این پلیمر در سال 2000 به حدود 25 میلیون تن برسد ]1[.
استفاده از کاتالیست¬های زیگلر  – ناتا   تنها فرآیندی است که برای تولید پروپیلن و کوپلیمرهای آن نظیر پروپیلن-اتیلن بکار می¬رود، زیرا پروپیلن را نمی¬توان با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد تولید کرد. واکنش پلیمریزاسیون می¬تواند در چندین موضع فعال روی ذرات کاتالیست آغاز گردد و سرعت انجام واکنش در این مواضع با یکدیگر تفاوت دارد ]2،3[. به علت پیچیده بودن ماهیت این کاتالیست¬ها و تعداد زیاد اجزای کاتالیست مورد استفاده عواملی چون نقش اجزای کاتالیست، ساختار مراکز فعال و مکانیسم فرآیند هنوز به درستی روشن نیست ]4،5[.
کاتالیست¬های زیگلر- ناتا بواسطه دارا بودن مواضع فعال و ساختار متفاوت، تعداد زیاد اجزاء و همچنین ایجاد پدیده¬های فیزیکی- شیمیایی نظیر محدودیت¬های انتقال جرم در فصل مشترک گاز-مایع در راکتورهای دوغابی، خرد شدن کاتالیست در ابتدای پلیمریزاسیون، محدودیت انتقال منومر به مواضع فعال و راههای انتقال گرما، سینتیک پیچیده¬ای دارند ]6[.
کاتالیست¬های زیگلر-ناتا فرم¬های متفاوتی دارند از قبیل کاتالیزورهای همگن ]2،3،7[ کاتالیزورهای شبه همگن ]6،8،9[ و کاتالیزورهای ناهمگن نگهداری شده و بدون نگهدارنده ]2،7[. در کاتالیزورهای نگهداری شده از یک پایه به منظور توزیع مناسب مواضع فعال استفاده می¬گردد ]3،6[. فرمول کلی این کاتالیزورها TiCl4/الکترون دهنده داخلی (Di)/یک ترکیب Mg است. Mg(OEt)2 در طی فرایند ساخت کاتالیست به MgCl2 تبدیل می¬شود و این ترکیب نقش بسیار مؤثری بعنوان نگهدارنده کاتالیست دارد ]10،11،13[. در سیستم این کاتالیستها علاوه بر الکترون دهنده داخلی در هنگام پلیمریزاسیون از الکترون دهنده خارجی نیز استفاده می¬شود. این کاتالیستها در صورت استفاده از الکترون دهنده های مناسب می¬توانند  PP  با شاخص تک آرایشی (I.I) بالا ایجاد کنند. نوع الکترون دهنده اهمیت خاصی در میزان محصول دهی و شاخص تک آرایشی کاتالیست دارد ]11،13،14[. در کاتالیزورهایی که ترکیب فنالات به عنوان الکترون دهنده داخلی در ساختار آنها بکار گرفته می¬شود، از یک ترکیب سیلان به فرمول کلی نیز به عنوان الکترون دهنده خارجی استفاده می¬شود. استفاده از این نوع الکترون دهنده های داخلی و خارجی در بسیاری از کارهای تحقیقاتی و صنعتی متداول است. البته نکته مهم این است که در سالهای اخیر از کاتالیزورهای همگن نوع متالوسن و متیل آلومینواکسین (MAO) برای پلیمریزاسیون پروپیلن استفاده شده و نتایج بسیار خوبی بدست آمده است، و این کاتالیزورها برای تهیه PP ایزوتاکتیک نیز نتایج خوبی را نشان داده¬اند ]15،16[. همچنین استفاده از H2 بعنوان عامل انتقال زنجیر برای کالیزورهای زیگلر-ناتا درحدود سال 1955 متداول گشت ]17[.

    فصل اول: تاریخچه، دسته¬بندی و ساختار کاتالیست¬های زیگلر- ناتا
    1-1 مقدمه2
1-2 تعریف کاتالیست¬های زیگلر- ناتا3
1-3 تاریخچه4
1-4 دسته بندی کاتالیست¬های زیگلر- ناتا5
1-4-1 کاتالیست¬های نسل اول5
1-4-2 کاتالیست¬های نسل دوم7
1-4-3 کاتالیست¬های نسل سوم7
1-4-4 کاتالیست¬های نسل چهارم8
1-4-5 کاتالیست¬های نسل پنجم8
1-4-6 کاتالیست¬های نسل ششم8
1-5 کاتالیست¬های نگهداری شده بر اساس MgCl29
1-6 کاتالیست¬های تهیه شده با نگهدارنده¬های Mg(OR)210
1-7 کاتالیست¬های بر اساس دو نگهدارنده11
1-8 نقش اجزای تشکیل دهنده کاتالیست12
1-8-1 طبیعت و درجه اکسیداسیون فلز واسطه12
1-8-2 ساختمان بلوری هالید فلز12
1-8-3 نگهدارنده14
1-8-3-1 ساختمان  MgCl214
عنوان  صفحه
1-8-3-2 ساختار منیزیم کلرید فعال14
1-8-3-3 نقش منیزیم کلرید15
1-8-3-4 ساختمان نگهدارنده سیلیکاتی16
1-8-4 الکترون دهنده داخلی (ID)19
1-8-5 الکترون دهنده خارجی (ED)21
1-8-6 کمک کاتالیست (کوکاتالیست)22
 فصل دوم: سینتیک و مکانیسم پلیمریزاسیون
2-1 سینتیک پلیمریزاسیون¬های زیگلر- ناتا25
2-2 مقایسه رفتار سینتیکی کاتالیست¬های SMT با MT 26
2-3 مدل سینتیکی بوهم26
2-4 مکانیسم پلیمریزاسیون کاتالیزورهای زیگلر- ناتا28
2-4-1 مقدمه28
2-4-2 مکانیسم رشد در پیوند فلز واسطه- الکیل29
2-4-2-1 مکانیسم رشد در پیوند الکیل- فلز فعال کننده29
2-4-2-2 مکانیسم رشد در پیوند الکیل- فلز واسطه30
2-4-3 مکانیسم تریگر31
   فصل سوم: بخش تجربی
3-1 مقدمه35
3-2 مواد35
3-3 وسایل و تجهیزات36
عنوان  صفحه
3-3-1 مقدمه36
3-3-2 گلاوباکس36
3-3-3 راکتور تهیه کاتالیست37
3-3-4 سیستم انتقال و نگهداری اجزاء کاتالیست38
3-3-5 راکتور پلیمریزاسیون بوچی39
3-4 آماده سازی سیلیکا40
3-5 روش تهیه کاتالیست SMT41
3-5-1 مقدمه41
3-5-2 روش تهیه کاتالیست SMT-141
3-5-3 روش تهیه کاتالیست SMT-242
3-5-4 روش تهیه کاتالیست SMT-342
3-6 تهیه دوغاب کاتالیست44
3-7 تهیه محلول کمک کاتالیست44
3-8  تهیه محلول الکترون دهنده خارجی44
3-9 آماده سازی راکتور پلیمریزاسیون44
3-10 تعیین مقدار عنصر تیتانیوم در کاتالیست47
3-11 تهیه محلول کاتالیست برای اندازه¬گیری تیتانیوم47
3-12 اندازه¬گیری شاخص تک آرایشی پلیمر48
3-13 اندازه¬گیری متوسط ویسکوزیته جرم مولکولی48
3-14 شناسایی پلیمر53
عنوان  صفحه
3-15 تکنیک  SEM53
3 -16 تکنیک XRF54
3-17 تکنیک  DSC56
   فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری
4-1 مقدمه58
4-2 اثر نسبت مولی آلومینیم به تیتانیوم بر پلیمریزاسیون58
4-3 اثر هیدروژن بر پلیمریزاسیون59
4-4 اثر دما بر پلیمریزاسیون63
4-5 اثر فشار بر پلیمریزاسیون64
4-6 اثر نسبت مولی  Mg/Si  بر فعالیت کاتالیست69
4-7 مطالعه مورفولوژی پلیمر با استفاده از SEM70
4-8 مطالعه مختصری از ساختمان کاتالیست با استفاده از تکنیک  FTIR76
4-9 مطالعه رابطه بین دمای پلیمریزاسیون و Tm با استفاده از تکنیک DSC76
4-10 نتیجه گیری86
   ضمیمه (I): مقایسه کاتالیست¬های SMT و MR
I-1 مقایسه اثر نسبت مولی آلومینیم به تیتانیوم بر پلیمریزاسیون در سیستم کاتالیستی تک¬نگهدارنده و دونگهدارنده88
I-2 مقایسه اثر هیدروژن بر پلیمریزاسیون پروپیلن91
I-3 مقایسه اثر دما بر پلیمریزاسیون پروپیلن94
I-4 مقایسه اثر فشار بر پلیمریزاسیون پروپیلن98
    مراجع

شامل 110 صفحه فایل word

مقاله بررسی کاهش آ‌لاینده‌های منابع آب مصرفی به کمک نانوفیلتراسیون و نانو کاتالیست ها

اختصاصی از اس فایل مقاله بررسی کاهش آ‌لاینده‌های منابع آب مصرفی به کمک نانوفیلتراسیون و نانو کاتالیست ها دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فرمت فایل : word (قابل ویرایش) تعداد صفحات : 11 صفحه

چکیده

تامین آب بهداشتی به یکی از دغدغه های اساسی جامعه جهانی تبدیل شود. با توجه به توانمندی های فراوان فن آوری نانو در حذف و کنترل آلودگی های محیطی و تصفیه و جلوگیری از انتشار آنها می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه پایدار در نظر گرفت. استفاده از غشای نانو فیلتراسیون جهت حذف نمک های چند ظرفیتی عناصری مانند کلسیم، آهن، منگنز، اورانیوم و حتی برخی آفت کش ها، تصفیه آبهای سطحی و زیرزمینی، حذف میکروارگانیزم ها و کاهش تیرگی و سختی آب و دفع شوری و نمک زدایی آب راهکارهایی هستند که توسط فناوری نانو ارائه می‌گردد. نانو فیلتراسیون غشایی جدید است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. در واقع نانو فیلتر، یک غشاء پلیمری بسیار نازک با حفرات نانو متری (1 تا 10 نانو متر) است که قابلیت جداسازی اجزای یک محلول از همدیگر و یا از حلال را دارد. ورود این فناوری به عرصه مهندسی محیط زیست و استفاده کاربردی از آن بالاخص در زمینه های تصفیه آب و فاضلاب و ایجاد شرایط لازم برای استفاده مجدد از پساب های تصفیه شده با توجه به قرار گرفتن کشور در شرایط بحران آب امری ضروری است. با توجه به این که در بین روش‌های مختلف تصفیه آب، فرآیندهای نانو فیلتراسیون به عنوان یک تکنولوژی جدید، پتانسیل مناسبی برای حذف آلاینده‌های معدنی آلی و عوامل میکروبی از آ‌ب دارند کاربرد آن به شدت توصیه می شود.

مقدمه

تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از این رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند

دانلود پروژه احیاء نفت کاتالیست

اختصاصی از اس فایل دانلود پروژه احیاء نفت کاتالیست دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

پروژه کامل و آماده احیاء نفت کاتالیست  105 ص

فهرست مطا لب

عنوان                                                                                 صفحه

فصل اول

مفاهیم کاتالیست

مقدمه…………………………………………………………………     

تاریخچه کاتالیست…………………………………………………………………            

سرعت واکنش……………………………………………………………………          

فاکتور مؤثر…………………………………………………………………………                     

واکنش کاتالیستی همگن و نا همگن…………………………………..       

حامل ها ………………………………

پیش برنده ها ……………………………………………………………………

سموم کاتالیست ……………………………………………………………………

کثیف شدن کاتالیست …………………………………………………………           

سینرتینگ ……………………………………………………………………………                        

ممانعت کننده ها …………………………………………………………………

فعالیت…………………………………………………………………………………                  

انتخاب کنندگی ……………………………………………………………………

پایداری …………………………………………………………………………………

فصل دوم

 کراکینگ کاتالیستی

مقدمه …………………………………………………………………

واکنشهای  کراکینگ کاتالیستی…………………………..……………………

احیاء مجدد کاتالیست …………………………….……………………………

کاتالیست های کراکینگ…………………………………………………………

ارزیابی کاتالیست ………………………………………….……………………

مسمومیتها ………………………………………………………………………

فصل سوم

تبدیل کاتالیستی

مقدمه ………………………………………………………………

واکنشهای ریفرمینگ……………………………………………………………

فعالیت………………………………….…………………………………………

انتخاب کنندگی……………………………….…………………………………

پایداری …………………………..………………………………………………

توسعه کاتالیست…………………………….…………………………………

تهیه کاتالیست ………………………

توسعه تبدیل کاتالیستی  …………………………..…………………………

کاتالیستهای چند منظوره ……………………………………………………..

ترکیب کاتالیست ………………………………………………………………

آلومین ها………………………………………………………………………

کاتالیستهای تجارتی……………………………………………………………

پراکندگی کاتالیستها………………………………………………………

دانسیته کاتالیست……………………………………………………………

مساحت سطح………………………………………………………………

ابعاد کاتالیست …………………………………………………………………

سموم کاتالیست ………………………………………………………………

احیاء مجددکاتالیست ………………………………………………………

 

فصل چهارم

 هیدرو کراکینگ کاتالیستی

مقدمه ……………………………………………………………………………

کاتالیست ها……………………………………………………………………

نقش فلزات کاتالتیستی در هیدرو کراکینگ …………………………

کاتالیستهای اکسید اسیدی –پلاتین برای هیدرو کراکینگ………

فعالیت هیدرو ژناسیون پلاتین ……………………………………………

فعالیت اسیدی………………………………………………………………

احیاءمجدد کاتالیست……………………………………………………

فصل پنجم

تصفیه هیدروژنی نفتا

مقدمه: (آماده سازی خوراک )……………………………………………………

شرایط عملیاتی ……………………………………………………………………………

کاتالیستهای تصفیه هیدروژنی…………………………………………………………

مواد پایه کاتالیست…………………………………………………………………………

احیا مجدد کاتالیست………………………………………………………………………

خلاصه فصل ………………………………………………………………………………

فصل ششم

حمل و نقل کاتالیست و پر کردن راکتور

مقدمه:

حمل و نقل بشکه های کاتالیست ……………………………………………………

الک کردن کاتالیست ………………………………………………………………………

ریختن کاتالیست در راکتور……………………………………………………

پرکردن راکتور گشاد …………………………………………………………

منابع و مأخذ ………………………………………………………………………

مقدمه :

کاتالیست یک قاعده خیلی اساسی در تولید و انتقال سوختها و مواد شیمیایی می باشد . کاتالیست ها در خدمت نوع بشریت بوده اند ، حتی قبل از اینکه به عنوان یک پدیدة خاص درسال 1835 توسط برزولیوس تشخیص داده شود . همانطور که میدانیم مبحث کاتالیست یک موضوع مهم می باشد که علاقة خیلی از دانشمندان و مهندسین به آن جذب شده است کاتالیستها عملاً در صنعت تصفیه نفت بکار می رود . تقریباً همه مواد نفتی در فرایندها ، توسط واکنشهای کاتالیستی تهیه می شوند . به عنوان مثال فرایندهای کراکینگ کاتالیستی  ، الکیلاسیون ، ایزومراسیون ، هیدرو کراکینگ ، تبدیل کاتالیستی  ، پلیمرزاسیون ، هیدروژناسیون و تصفیه هیدروژنی و در ساختن بنزین ، سوختهای جت و نفتهای کوره استفاده می شود .

کاتالیتها برای اولین بار در سال 1909 ، هنگامیکه استوالد به خاطر کارش جایزة نوبل را گرفت ،‌ به رسمیت شناخته شد، سه سال بعد آن افتخار به سباتیر بخشیده شد .

در بررسی بحران اخیر انرژی ودر دهة تحریم نفت عرب در سال 1973 و متعاقب آن فعالیتهای اُپک ، اهمیت کاتالیستها آشکار می شود و به سرعت شناخته می گردد ، یعنی کاتالیست تکیه گاهی برای مقدار زیادی انرژی تلقی می شود . این موادبوسیلة ایالات متحده وملل صنعتی دیگر تولیدمی شوند .

این بخش شامل خلاصه ای از تاریخ کاتالیست و مختصری نیز در مورد تئوریهای اساسی می باشد .

همچنین اطلاعاتی نیز در بارة جذب و انواع آن ، سنتیک و مفاهیم نقاط فعال، یونهای فلزی ، مشخصات  مهم کاتالیست از قبیل فعالیت ، انتخاب کنندگی ، پایداری و مسمومیت و شرحی در مورد اندازه گیری جذب سطحی شیمیایی بر روی سطوح کاتالیست ارائه شده است.

به طور کلی این بخش یک دید کلی نسبت به موضوع کاتالیست خواهد داد .

تاریخچة کاتالیست :

کاتالیست به عنوان یک پدیده اخیراً مورد بررسی قرار گرفته است . ظاهراً اولین کاتالیست ، برای واکنشهای آنزیمی در شکل تهیه و ساخت شراب و سرکه گمارده شد . همچنین درتهیه صابون که یک عمل بسیارقدیمی است ، مورد توجه قرار گرفته است . این واکنشها به تبدیل کاتالیستی شکر به اتیل الکل ، اتیل الکل به اسید استیک و چربی به یک نمک و… و گلیسرول منجر گردید .

در طی اواخر قرن هجدهم دانش شیمی سریعاً گسترش می یافت و طبیعی بود که اثر مواد خارجی بر روی واکنشهایی شیمیایی مطالعه شود . بین سالهای 1835-1780 آزمایشات متعدد و با ارزشی ، اثرات مواد خارجی بر روی واکنشهای شیمیایی شرح دادند . این آزمایشات واکنشهای اسیدها را در محلول و واکنشهای فاز گازی و واکنشهای فاز مایع بوسیلة جامدات را مورد بحث قرار می دادند .

اهداف کار کاتالیستها بوسیلة فوزینیری ، که اولین کسی بود که رابطه بین جذب سطحی و افزایش سرعت واکنشها بوسیلة جامدات را مورد توجه قرار داد ، پیشرفت نمود . از جمله افراد دیگر فارادی دریافته بود که جذب سطحی اولیه یک قاعده مهم در صورت گرفتن یک واکنش در حضور یک جامد می باشد و همچنین کلیمنت و دیفورمس اظهار داشتند که اکسید نیتروژن یک نقش اساسی در اکسیداسیون دی اکسید گوگرد بوسیلة تشکیل یک ترکیب پیچیده بازی می کنند .

پایان نامه تعیین میزان تبدیل و گزینش پذیری کاتالیست کبالت بر پایة گاما الومینا در فرآیند فیشر با فرمت word

اختصاصی از اس فایل پایان نامه تعیین میزان تبدیل و گزینش پذیری کاتالیست کبالت بر پایة گاما الومینا در فرآیند فیشر با فرمت word دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فصل اول:

فرآیند GTL و فرآیند فیشر- تروپش، مکانیزم و کاتالستیهای FTS

مقدمه

با توجه به منابع عظیم گاز طبیعی در جهان و افزایش بی رویه قیمت نفت خام و سوختهای مایع و گران بودن هزینة انتقال سوختهای مایع و گاز به بازارهای مصرف که گاهاً مسافتهای طولانی را شامل می شود، تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز و تیدیل گاز سنتز به هیدروکربنهای خطی به وسیلة سنتز فیشر- تروپش، یک فرآیند امید بخش و از نظر اقتصادی موجه می باشد، که علاوه بر تولید سوختها، مختلف، مواد شیمیایی خاصی را نیز تولید می کند که در صنعت نیازمند این مواد هستیم.

فرآیند فیشر- تروپش(FTS)

تولید هیدروکربنهای مایع از گاز سنتز یک فرآیند امید بخش و اقتصادی برای تولید مواد شیمیایی و سوختها از توده های زیستی[1]، زغالسنگ و گاز طبیعی به شمار می رود. با توجه به منابع وسیع زغالسنگ و گاز طبیعی و کاهش منابع نفت خام و موثر و مفید بودن سوختهای مایع، نقش و اهمیت سنتز فیشر- تروپش افزایش یافته است. این سنتز یک نقش کلیدی در فرآیندهای گاز به مایع (GTL) ایفاء می کند، که GTL فرآیند روبه رشدی می باشد. سنتز فیشر- تروپش می تواند با خوراک گاز سنتز حاصل از گازی کردن زغالسنگ، گاز طبیعی و توده زیستی انجام پذیرد. در فرآیند GTL چهار مرحله مد نظر می باشد:1) تولید گاز سنتز

2)خالص سازی گاز سنتز     3)سنتز فیشر- تروپش  4)جداسازی محصولات ]شکل 6.30[ . زغالسنگ با اکسیژن و بخار، گازی می شود و گاز سنتز تولیدی، برای خالص سازی از نیتروژن و سولفور عاری می شود، زیرا این دو عنصر می توانند باعث غیر فعال شدن کاتالیستهای FTS بشوند. گاز سنتز خالص شده به راکتور بستر ثابت، یا بستر سیال و یا راکتور دو غابی منتقل می شود. این راکتور شامل کاتالیستهای آهنی و یا کاتالیستهای کبالت می باشد. (هر چقدر گاز سنتز خالص تر باشد و یا نسبت  باشد از کاتالیستهای کبالت استفاده می شود.) سپس گاز سنتز به هیدروکربنهایی نظیر متان و هیدروکربنهای سبک و واکس و محصولات مایع تبدیل می شود.

آزمایشات انجام گرفته بر روی محصولات فیشر- تروپش نشان داده که محصولات شامل مخلوطی چند جزئی از هیدروکربنهای خطی و شاخه دار و محصولات اکسیژن دار هیدروکربنی می باشند. محصول اصلی پارافین های خطی و  اولفینها می باشند (1-3)گسترش فرآیند سنتز فیشر- تروپش به پنج مرحلة زمانی تقسیم می شود.1)کشف کاتالیستهای آهن و کبالت (1928-1902)

2)گسترش صنعتی کاتالیستهای کبالت فیشر 01945-1928)

3)عصر آهن وساسول (1974-1946)

4)گسترش دربارة سنتز فیشر- تروپش و کبالت (1990-1975)

5)شروع و گسترش صنعت GTL ( حال حاضر -1990)

دورة اول: سنتز فیشر- تروپش در اوایل سال 1900 با کشف sabatier و senderens پدید آمد که این دو فهمیدند با هیدروژن دار کردن co با کاتالیستهای آهن، کبالت و نیکل می توانند متان تولید کنند. در سال 1913، BASF ادعا کرد که می تواند هیدروکربنهای مایع را با کاتالیست کبالت تولید کند، هر چند در شرایط غیر واقعی. ده سال بعد،در سال 1923،Fischer و Tropsch گزارش دادند که هیدروکربنهای اکسیژن دار شده ( مانند الکها، کتونها و اسیدهای چرب ) ر ا با کاتالیست آهن قلیایی شده در  و در فشار 10-15atm تولید کرده اند در سال 1925،Fischet وTropsh گزارش دادند که هیدروکربنهای مایع و پارافینهای جامد را با کاتالیستهای آهن و کبالت در شرایط  و فشار یک اتمسفر تولید کرده اند. بنابراین سال 1925 سرآغاز سنتز فیشر- تروپش است. تحقیق Fischer وTropch در سال 1926 شامل اطلاعات زیادی در مورد سنتز FT بوده، از جمله:

1)     کبالت، آهن و نیکل؛ تاثیر موثری بر روی سنتز هیدروکربنها دارند.

2)     کبالت برای تولید هیدروکربنهای  خیلی موثر بوده و نیکل برای تولید متان

3)     پایه هایی نظیر  با پروموتور zno، میزان تبدیل co را بهبود می بخشند.

4)     اضافه کردن مقادیر کم مواد قلیایی، گزینش پذیری هیدروکربنهای مایع را بهبود می بخشد.

5)     Cu، احیای آهن را در دمای پائینتر بهبود می بخشد.

6)     گاز سنتز باید عاری از گوگرد باشد.

دوره دوم: بسیاری از کاتالیستها، راکتور و گسترش فرآیند FT در آلمان در خلال سالهای دهة 1930-1940 بل استفاده از منابع عظیم زغالسنگ صورت گرفت. در سالهای 1934-1928، Fischer و koch لات الیست رسوبی  را ساختند که برای 12 سال، استاندارد صنعتی بود و در 40 سال بعد بهبود یافت. آنها همچنین دمای  را بعنوان دمای بهینة احیاء در نظر گرفتند در مدت 20-5 ساعت، شرایطی که تقریباً هنوز هم بکار می رود. Fischerو Pichlen دریافتند که تولید محصولات در فشار 5-20bor، پایداری کاتالیست را بهبود می بخشد. محصولات فشارهای متوسط اکثراً آلگانها و آدکنها و محصولات با نقاظ جوش متفاوت مانند متان، گازولین، دیزل و واکسها می باشد. دورة سوم: بعد از جنگ دوم، بدلیل کمبود نفت در آمریکا، انگلستان و آلمان، نگرش به سنتز FT گسترش یافت. بسیاری از تحقیقات بر روی کاتالیستهای ارزان آهن در‌آلمان صورت گرفت.

دورة چهارم: اندازه گیری فعالیت ویژه هیدروژن دار کردن CO با کاتالیستهای کبالت، آهن و روتنیوم توسط جذب شیمیایی ، در این دوران صورت پذیرفت. مطالعات و تحقیقات در شرکتهای shellوstatoil نشان داد که کاتالیست  دارای فعالیت و سطح ویژه عالی است.

دورة پنجم: تولید صنعت GTL امروزی از سال 1993 شروع شد. شرکت shell با کاتالیست کبالت و یک راکتور بستر ثابت و شرکت sasol با کاتالیست آهن و راکتور بستر سیال در این زمینه فعالیت دارند.

(1-4)تولید گاز سنتز:

با توجه به بالا بودن درصد بالای اختصاص سرمایه کل فرآیند FT که به خالص سازی و سرد کردن گاز سنتز مربوط است، کاهش هزینة تولید گاز سنتز سودمندترین روش است. گاز سنتز می تواند با روش رفورینگ بخار و یا اکسیداسیون کاتالیستی جزئی سوختهایی نظیر زغال سنگ، گاز طبیعی، باقیمانده های پالایش [2] و توده زیستی تولید شود. واکنشهای اصلی تولید گاز سنتز عبارتند از:

[1] -biomass

[2] - cesdue