گوگردزدايي الكتروشيميايي از سوخت هاي مدل

دكتري

هدف از انجام اين رساله مطالعه فرايند گوگردزدايي الكتروشيميايي سوخت‌هاي فسيلي مدل بوده است. ابتدا به بررسي حذف الكترواكسايشي سولفايد معدني محلول در آب پرداخته شد. براي اين منظور از يك الكترود پلاتيني و روش آمپرولت‌سنجي چرخه‌اي استفاده گرديد. در اين مجموعه آزمايش‌ها به بررسي اثر متغيرهاي عملياتي مختلف شامل غلظت تركيب سولفايدي، غلظت الكتروليت پشتيبان، دما، شدت اختلاط و نرخ روبش پتانسيل پرداخته شد. نتايج به دست آمده نشان دادند كه افزايش دما منجر به افزايش نرخ اكسايش آندي مي‌گردد. شدت اختلاط يك اثر نوساني بر اكسايش سولفايد دارد. افزايش نرخ روبش پتانسيل منجر به طولاني‌تر شدن زمان اقامت و در نتيجه پيشرفت بيشتر اكسايش آندي يون سولفايد مي‌گردد. با توجه به نتايج به دست آمده مقادير مناسب غلظت الكتروليت پشتيبان، دما و شدت اختلاط به ترتيب برابر M 05/0، °C 60 – 40 و rpm 200 مي‌باشند. نتايج به دست آمده نشان دادند كه روش اكسايش آندي توانايي بسيار زيادي براي حذف الكتروشيميايي تركيبات معدني و به ويژه سولفايد از پساب‌هاي شهري و صنعتي دارد. سپس به بررسي گوگردزدايي الكتروشيميايي از تركيبات آلي (شامل تيوفن و بنزوتيوفن) توسط الكترود پلاتيني پرداخته شد. فرايندهاي مورد مطالعه اكسايش تيوفن، احياي تيوفن و احياي بنزوتيوفن بوده‌اند. در بررسي هر يك از اين فرايندهاي ذكر شده مراحل زير انجام شدند: 1. بررسي اثر جذب الكتروشيميايي تركيب گوگردي محلول در آب توسط روش آمپرولت‌سنجي چرخه‌اي و يافتن پتانسيل مناسب جذب و اكسايش/احيا. 2. بررسي فرايندهاي جذب و اكسايش/احيا تركيب گوگردي محلول در آب توسط روش پتانسيل‌سنجي موج مربعي و تعيين بسامد مناسب موج مربعي پتانسيل. 3. گوگردزدايي الكتروشيميايي از سوخت مدل حاوي تركيب گوگردي در شرايط مناسب يافته شده. 4. ارزيابي خوراك و محصولات (توسط روش‌هاي كروماتوگرافي گازي، كروماتوگرافي يوني، دستگاه اندازه‌گيري محتوي گوگرد عنصري، طيف‌سنجي تبديل فوريه مادون قرمز) به منظور تعيين بازده گوگردزدايي و ساز و كار واكنش‌ها. در فرايند گوگردزدايي اكسايشي از تيوفن، مقادير پتانسيل مناسب جذب، پتانسيل مناسب اكسايش و بسامد مناسب موج مربعي پتانسيل به ترتيب برابر V 2/0، V 1/1 و Hz 50 بوده‌اند. در اين فرايند از محلول آبي سولفوريك اسيد و محلول آبي پركلريك اسيد به عنوان الكتروليت پشتيبان استفاده شد. نتايج به دست آمده نشان دادند كه در اين روش محتوي گوگرد از ppm 466 در خوراك به ppm 56 در محصول كاهش يافت كه معادل بازده گوگردزدايي %88 مي‌باشد. در فرايند گوگردزدايي كاهشي از تيوفن، مقادير پتانسيل مناسب جذب، پتانسيل مناسب احيا و بسامد مناسب موج مربعي پتانسيل به ترتيب برابر V 54/0-، V 95/0- و Hz 1 بوده‌اند. در اين فرايند از محلول آبي پتاسيم هيدروكسايد به عنوان الكتروليت پشتيبان استفاده شد. نتايج به دست آمده نشان دادند كه در اين روش محتوي گوگرد از ppm 294 در خوراك به ppm 55 در محصول كاهش يافت كه معادل بازده گوگردزدايي %81 مي‌باشد. همان طور كه نتايج فوق نشان مي‌دهند، بازده گوگردزدايي در فرايند اكسايش تيوفن كمي بيشتر از احياي تيوفن است. اما از طرفي در فرايند اكسايش الكتروشيميايي، تركيب گوگردي اكسيد شده بايستي توسط يك مرحله استخراج با مايع و يا جذب سطحي از سوخت جدا شود، اما در روش احياي الكتروشيميايي گوگرد به گاز هيدروژن سولفايد تبديل مي‌شود كه به سادگي توسط يك فرايند جداسازي گاز-مايع جدا مي‌شود. در نتيجه با توجه به اختلاف جزيي بازده‌ها، استفاده از روش احيا مقرون به صرفه‌تر مي‌باشد. در فرايند گوگردزدايي كاهشي از بنزوتيوفن، مقادير پتانسيل مناسب جذب، پتانسيل مناسب احيا و بسامد مناسب موج مربعي پتانسيل به ترتيب برابر V 3/0، V 15/0- و Hz 10 بوده‌اند. در اين فرايند از محلول آبي سولفوريك اسيد به عنوان الكتروليت پشتيبان استفاده شد. نتايج به دست آمده نشان دادند كه در اين روش محتوي گوگرد از ppm 344 در خوراك به ppm 199 در محصول كاهش يافت كه معادل بازده گوگردزدايي %42 مي‌باشد. همان طور كه مشاهده مي‌شود، بازده گوگردزدايي از سوخت مدل بنزوتيوفن نسبت به تيوفن كمتر مي‌باشد. دليل اين پديده، بزرگتر بودن مولكول‌هاي بنزوتيوفن نسبت به تيوفن و ممانعت فضايي بيشتر موجود در موقعيت اتم گوگردي آن‌ها جهت جذب و انجام واكنش بر روي سطح الكترود مي‌باشد.

192818

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر منصور بزمي

مهندسي شيمي

دكتر سوسن روشن ضمير