الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۸۸
کد مقاله
CHEM88
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
نقش سرعت فضایی جریان گاز به ساعت و ترکیب گاز خوراک در جفت شدگی اکسایشی متان: یک مطالعه تجربی
نام انگلیسی
THE ROLE OF GAS HOURLY SPACE VELOCITY AND FEED GAS COMPOSITION FOR OXIDATIVE COUPLING OF METHANE: AN EXPERIMENTAL STUDY
Catalytic reaction, Fixed bed reactor, Oxidative coupling of methane, Perovskite catalyst
مرجع به فارسی
ژورنال بین المللی مهندسی شیمی
دپارتمان تبدیل گاز، انستیتو پلیمر و پتروشیمی، تهران، ایران
مرجع به انگلیسی
INTERNATIONAL JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING; Department of Gas Conversion, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran
کشور
ایران
نقش سرعت فضایی جریان گاز به ساعت و ترکیب گاز خوراک در جفت شدگی اکسایشی متان: یک مطالعه تجربی
چکیده
یک مطالعه پارامتری که سرعت فضایی گاز به ساعت (GHSV) و نسبت متان به اکسیژن برای جفت شدگی اکسایشی متان (OCM) را در نظر می گیرد، بکار برده می شود. این نکته نشان داده شده که GHSV و نسبت متان به اکسیژن بر تبدیل متان و انتخاب پذیری نسبت به اتان و اتیلن اثر می گذارد. اهمیت نسبت متان به اکسیژن بر روی عملکرد کاتالیزوری برجسته شده است (نشان داده شده است). آزمایشها در یک رآکتور بستر ثابت لوله ای دیفرانسیلی (تفاضلی) با استفاده از ۰٫۷-۱٫۵ g تیتانات پروسکیت، Sn/BaTiO3، به عنوان کاتالیزور واکنش در دمای ۱۰۴۸ K انجام شدند. GHSV های مختلف (۸۰۰۰-۱۲۰۰۰ و ۱۷۰۰۰ h-1) و نسبتهای متفاوت متان به اکسیژن (۱، ۲، ۳، ۴ و ۷٫۵) انتخاب شده اند. برای توسعه فرایند جهت بیشینه کردن فرآورده هیدروکربنی مطلوب نظیر اتیلن و اتان و کمینه کردن تولید کربن اکسیدها در عملکرد همدمای رآکتور، یک GHSV بهینه و یک نسبت بهینه متان به اکسیژن ارائه شده است. چنین نتیجه گیری می شود که نسبت متان به اکسیژن برابر با ۲ و GHSV برابر با ۸۰۰۰-۱۲۰۰۰ h-1 شرایط بهینه ای برای رسیدن به بالاترین بازده C2 هستند.
تاکنون روشهای مختلفی برای تبدیل گاز طبیعی (متان) به سوختها یا ترکیبات شیمیایی بکار برده شده اند. فرایند تبدیل کاتالیزوری متان به مواد شیمیایی می تواند به به روشهای مستقیم و غیر مستقیم تقسیم شود (۱). تبدیل کاتالیزوری مستقیم به هیدروکربنهای بالاتر که بوسیله جفت شدگی اکسایشی متان (OCM) دنبال می شود، واکنشی مورد توجه برای پژوهشگران بوده است (۲). در طی فرایند جفت شدگی اکسایشی کاتالیزوری متان، علاوه بر فرآورده های هیدروکربنی مطلوب نظیر اتیلن و اتان(تحت عنوان فرآورده های C2 نیز نامیده می شوند)، فرآورده های نامطلوب و غیر انتخابی نظیر CO و CO2 (تحت عنوان فرآورده های COx نیز نامیده می شوند) نیز عموما حاصل می شوند. تبدیل متان به COx یک فرایند نامطلوب است که بازده واکنش را کاهش می دهد (۳). در طی ده سال اخیر، برای توسعه فرایند جهت بیشینه کردن تولید C2 و کمینه کردن تولید COx در سیستم تلاش زیادی صورت گرفته است (۷-۴). برای توسعه کاتالیزور انتخابی جهت OCM و عوامل موثر مختلف نظیر ساختار جدید کاتالیزور و دمای تکلیس (آهکی شدن) بر فعالیت و پایداری کاتالیزور یک بررسی انجام شده است (۸ و ۹). بعضی از پژوهشگران گزارش داده اند که این پارامترها اثر زیادی بر عملکرد کاتالیزوری و عملکرد رآکتورهای مختلف در OCM دارند (۱۰ و ۱۱).
سرعت فضایی جریان گاز خوراک جفت شدگی اکسایشی متان
۲- بخش تجربی
۲-۱ کاتالیزور
بررسی ها با کاتالیزور Sn/BaTiO3 انجام می شوند. این نکته که معلوم شده که این کاتالیزور در مطالعات انجام شده در رآکتور بستر ثابت دیفرانسیلی یک کاتالیزور انتخابی می باشد (۱۷). کاتالیزور استفاده شده در این تحقیق در آزمایشگاه تحقیقاتی ما به روش سول- ژل تهیه شدند. کاتالیزور پروسکیت فرمول شیمیایی ABO3 نوعی را دارد. ظرفیت کاتیونهای سازنده آن بصورت An+ و Bm+ می باشند (m=4, 5 و n=1, 2, 3). روش تولید شامل زیر است: (۱) تولید دوغاب مایع متشکل از یک نمک فلز قلیایی خاکی، یک نمک فلزس پودر شده و یک اکسید فلز واسطه پودر شده. این دوغاب بوسیله پخش کردن نمک فلز قلیایی خاکی پودر شده در آب تولید شد. نمک فلز قلیایی خاکی از گروه شامل نمک باریم و اسنرونسیوم با نسبت مولی ۰٫۶۷ انتخاب شد. (۲) افزودن اکسید فلز واسطه پودر شده به آب، اکسید فلزی تیتانیم اکسید بود. (۳) افزودن یک چسب پلیمری به دوغاب برای تشکیل خمیر (۴) خشک کردن خمیر برای تولید پودر (۵) حرارت دادن پودر با افزایش دما بصورت نیمرخ (برش) از پیش تعیین شده متناسب با چسب پلیمری و (۶) کلسینه کردن پودر حرارت داده شده در ۹۷۳-۱۰۷۳ K به مدت ۸ تا ۱۰ ساعت برای تولید کاتالیزور پروسکیت. سپس پودر کاتالیزور فشرده می شود تا به صورت قرصهای استوانه ای درآید. اندازه مش ۳۰-۳۵ این پودر در آزمایشهای آزمایشگاهی استفاده شد.
۲-۲ رآکتور
برای کنترل بهتر دما و در نتیجه بازده بالاتر واکنش، استفاده از رآکتور بستر ثابت دیفرانسیلی توصیه می شود. در رآکتورهای انتگرالی، کنترل دما دشوارتر است و زمان تماس طولانی تحت دمای بالای واکنش می تواند بازده واکنش را بطور قابل توجه کاهش دهد (۱۸). رآکتور بستر ثابت کاتالیزوری لوله ای دیفرانسیلی برای جفت شدگی اکسایشی متان (OCM) طراحی می شود. در نتیجه، رآکتور بستر ثابت دیفرانسیلی با قطر ۱۰ mm و طول بستر کاتالیزوری ۸ mm در تمام آزمایشها مورد استفاده قرار گرفته اند. برای اندازه ذرات کوچک، بستر کاتالیزوری با کوارتزی با همان قطر رقیق شد. شکل ۱ جزییات شماتیک رآکتور و مجموعه ترموکوپل بکار رفته در این تحقیق را نشان می دهد. دما بوسیله ترموکوپل نوع K قرار گرفته در یک ترمو ول (چاه دمایی) مناسب اندازه گیری می شود. ترمو ول کوارتزی داخلی در امتداد طول بستر کاتالیزوری متمرکز می شود. رآکتور کاتالیزوری، در یک کوره الکتریکی مجهز به کنترل گر دمایی قابل برنامه ریزی، برای ردیابی دمای واکنش در داغ ترین ناحیه قرار داده می شود.
۲-۳ روش تجزیه ای
فراورده های اصلی OCM بر روی Sn/BaTiO3 در یک راکتور بستر ثابت دبفرانسیلی، هیدروکربنهای C2، CO2، CO و H2O هستند که آب قبل از آنالیز متراکم می شود. جریانهای ورودی و خروجی بوسیله سیستم کروماتوگرافی گازی برخط (on-line) آنالیز می شوند و از آن، تبدیل متان، انتخاب پذیری و بازده فرآورده محاسبه می شود. در سیستم کروماتوگرافی گازی برخط، دو ستون متوالی و نیز آشکارساز TCD بکار می روند. اولی یک ستون مویینه ۳۰ متری دارد (با قطر ۵۳۰ میکرومتر)، HP-PLOT Q، که بوسیله آن کربن دی اکسید، اتیلن و اتان تعیین می شوند. دومی، الک مولکولی- ۵ A، برای آنالیز کربن مونوکسید، اکسیژن و متان بکار می رود.
از آنجا که غلظت فرآورده های واکنش بوسیله آنالیز GC بدست می آید و همچنین، سرعت جریان گاز خوراک در هر آزمایش یک مقدار معلوم است ، بنابراین، بازده هر فرآورده می تواند محاسبه شود. از طرف دیگر، آنالیزهای GC برای گاز خوراک برای محاسبه غلظت آغازین هر گونه در گاز خوراک نظیر متان بکار برده می شوند. عملکرد رآکتور بوسیله تبدیلات واکنشگرها و نیز انتخاب پذیری و بازده فرآورده ها ارزیابی می شود. این تبدیلات بصورت تابعی از واکنشگر واکنش کرده به خوراک واکنشگر تعیین می شوند. به عنوان مثال، تبدیل متان چنین است:
۲-۴ شرایط واکنش
در تمام آزمایشها یک دمای ثابت بکار برده می شوند (T=1048 K). زمان تماس بر حسب GHSV تنظیم می شود و بین (۸۰۰۰-۱۲۰۰۰-۱۷۰۰۰ h-1) تغییر می کند و جرم کاتالیزور ۰٫۷-۱٫۵ g بکار برده می شود و در گاز خوراک نیز بصورت (۱, ۲, ۳, ۴, ۷٫۵) در نظر گرفته می شود. تمام تستهای آزمایشگاهی در فشار کل ۰٫۹۸ atm برای GHSV مختلف و نسبت متفاوت متان به اکسیژن انجام می شوند.
سرعت فضایی جریان گاز خوراک جفت شدگی اکسایشی متان
۳- نتایج و بحث
شرایط عملیاتی در محدوده شرایط، با محدودیتهای تجربی، برای مطالعه این اثرات بر روی بازده تولید C2 تغییر می کنند. تحت مجموعه معینی از شرایط جریان، عملکرد کاتالیزور تیتانات پروسکیت نیز بعد از رسیدن به حالت پایا در دمای معین، آنالیز می شود. جدولهای ۲ تا ۶ نتایج تستهای آزمایشگاهی تحت نسبت متفاوت متان به اکسیژن و GHSV مختلف (یا زمان باقی ماندن) در ۱۰۴۸ K را نشان می دهد. به علاوه، شکلهای ۲ تا ۸ اثر این پارامتر برای بهینه سازی بهترین شرایط را با هم مقایسه می کنند.
۳-۱ اثر GHSV
این نکته گزارش داده شده که زمان تماس نقش مهمی بر جفت شدگی اکسایشی کاتالیزوری متان بخاطر اکسایش ثانویه فرآورده های هیدروکربنی دارد. در این پژوهش، اثر زمان باقی ماندن با تغییر سرعت جریان حجمی خوراک بر حسب GHSV بررسی می شود. با مقایسه منحنی های هر بخش a، b، c، d و e در شکلهای ۳ تا ۵ می توان مشاهده نمود که مقادیر بالای GHSV ، سرعت های تشکیل C2 (انتخاب پذیری) را که با مقادیر گزارش شده قبلی مشابه است، مطلوب می سازند (۱۹). به همین علت، علیرغم کاهش زمان باقی ماندن، افزایشی در سرعت تولید C2 (انتخاب پذیری C2) مشاهده می شود. در تمام منحنی های شکل ۲، با کاهش GHSV (افزایش زمان باقی ماندن)، سرعت مصرف متان (تبدیل) افزایش می یابد. کاهش سرعت مصرف متان (تبدیل متان) بخاطر کاهش زمان تماس می باشد که به نوبه خود تولید هیدروکربن را مطلوب می سازد (۱۴). تضادی بین افزایش انتخاب پذیری و کاهش تبدیل وجود دارد زیرا بازده حاصلضرب انتخاب پذیری و تبدیل است بنابراین، بازده واکنش به عنوان پارامتر کنترل کننده باید در نظر گرفته شود.
…
سرعت فضایی جریان گاز خوراک جفت شدگی اکسایشی متان
۴- نتیجه گیری
اثر GHSV و نسبت متان به اکسیژن بر عملکرد کاتالیزوری در یک رآکتور بستر ثابت OCM با کاتالیزور تیتانات پروسکیت توضیح داده می شود. پژوهش حاضر به کنترل تجربی بهینه در رآکتور OCM می پردازد که در آن، نسبت متان به اکسیژن به عنوان متغیر کنترل برای بیشینه کردن تولید C2 در نظر گرفته می شود. در تمام آزمایشها، فرآورده های اصلی، هیدروکربنهای C2 و فرآورده های COx بودند. نتایج نشان داد که تحت شرایط معینی از GHSV و نسبت معینی از متان به اکسیژن، افزایش تبدیل متان و کاهش انتخاب پذیری C2 با هم همراه می شوند، بنابراین، ارزیابی شرایط بهینه باید هم تبدیل و هم انتخاب پذیری را که اثرات مخالفی بر بازده بهینه دارند، در نظر بگیرد. نتایج نشان می دهد که در یک GHSV ثابت، نسبت بهینه ای از متان به اکسیژن (CH4/O2=2) وجود دارد که بالاترین بازده C2 را ایجاد می کند. این نکته مشاهده شده که هنگامی که از مقدار اکسیژن بالاتری (نسبت CH4/O2 پایین تری) در ورودی راکتور استفاده می شود، تبدیل متان به بیشترین درصد خواهد رسید که منجر به افزایش تولید کربن اکسیدها می شود. علاوه بر این، با بکار بردن نسبت متان به اکسیژن برابر با ۲ در GHSV برابر با ۸۰۰۰ h-1 ، بازده هیدروکربنهای C2 به ۴/۲۳% افزایش می یابد. بنابراین، یک افزایش ۲/۶۰ درصدی در تولید C2 حاصل می شود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
