مطالعه تجربي و بهينه‌سازي فرايند گوگردزدايي ‌اكسيداسيوني جهت حذف تركيبات ‌تيوفني از سوخت ‌مدل با استفاده از نانو كاتاليست

دكتري

گوگردزدايي به‌كمك فرايند پليمريزاسيون‌ اكسيداسيوني (OPD) به عنوان يك فن‌آوري جديد جهت حذف حداكثري تركيبات ‌تيوفني موجود در سوخت‌هاي هيدروكربني مطرح مي‌باشد. در اين راستا، توسعه اين فرايند از طريق طراحي بهينه و بررسي پارامترهاي موثر بر آن، بسيار حائز اهميت است. از اين رو در تحقيق حاضر، ابتدا فرايند پليمريزاسيون ‌اكسيداسيوني جهت بررسي واكنش ‌پليمريزاسيون مورد مطالعه قرار گرفت. بطوريكه محصول‌ بدست ‌آمده از بنزوتيوفن در سوخت مدل ان-دكان بعد از فرايند، مورد انواع آناليزهاي وزن ‌مولكولي(GPC) و حرارتي (TGA، DSC) قرار گرفت. نتايج نشان ‌داد كه محصول بدست ‌آمده، پليمري با وزن مولكولي 183030 و پلي‌ديسپرسيتي 63/1 بوده و همچنين پليمري بشدت شاخه‌اي با اتصالات عرضي گسترده و چسبناك مي‌باشد. از ديگر نتايج بدست آمده دماي ذوب 5/192(درجه‌سانتيگراد) بود. سپس به منظور بررسي نقش حلال سوخت مدل، سه‌ نوع سوخت مدل با حلال‌هاي ان-دكان، تتراهيدروفوران و استونيتريل همراه با بنزوتيوفن مورد انواع آناليزهاي ساختاري H+CNMR و FTIR اتمي CHNSO قرار گرفت. نتايج نشان‌ داد كه پليمر ‌بدست ‌آمده از سوخت‌هاي مدل شامل حلال‌هايي با نيروي ‌بين ‌مولكولي قوي (قطبي) نظير استونيتريل، حلال در فرايند پليمريزاسيون شركت نكرده و ساختار پليمر تنها شامل تركيبات بنزوتيوفن با اتصالات عرضي مي‌باشد. اما در سوخت‌هاي مدل شامل حلال‌هايي با نيروي بين ‌مولكولي ‌ضعيف نظير ان-دكان، در ساختار پليمر علاوه بر تركيب تيوفني، اتصالاتي از حلال‌ نيز وجود دارد. سپس در مرحله بعد، دو نوع كاتاليست جديد (H5PV2W10O40/SiO2) تهيه گرديد، بطوريكه با جايگزيني فلز تنگستن بجاي اتم موليبدن در ساختار كگين به دو روش تلقيح‌ مرطوب و سل-ژل، در كنار كاتاليست H5PV2Mo10O40/SiO2 به حذف تركيبات تيوفني (BT و DBT) از سوخت مدل و همچنين گوگردزدايي از سوخت واقعي ديزل پرداخته‌ شد. كاتاليست‌هاي تهيه شده با آناليزهايي از‌قبيل، FTIR، EDX، XRD، BET و FESEM مورد ارزيابي قرارگرفتند. در اين‌راستا ابتدا به بررسي ميزان قدرت گوگردزدايي دو كاتاليست‌ تهيه ‌شده (H5PV2Mo10O40/SiO2 و H5PV2W10O40/SiO2) از سوخت مدل شامل دي‌بنزوتيوفن پرداخته و مشخص شد كه كاتاليست فسفووانادوتنگستيك ‌اسيد (تهيه ‌شده بروش تلقيح ‌مرطوب) قدرت گوگردزدايي بيشتري نسبت به كاتاليست فسفووانادوموليبديك ‌اسيد (تهيه ‌شده بروش تلقيح‌ مرطوب) خواهد داشت. سپس با استفاده از ديدگاه سطح-پاسخ (روش BBD) و كاتاليست فسفووانادوتنگستيك‌ اسيد تهيه ‌شده به ‌روش تلقيح ‌مرطوب، به بررسي تاثير سه فاكتور عملياتي زمان فرايند، ميزان اختلاط فرايند و ميزان‌كاتاليست به سوخت پرداخته‌ شد. نتايج گوگردزدايي در راكتور مذكور مقداري بيش ‌از 70% را نشان ‌نداد كه حاكي از رسوب پليمر بر روي سطح كاتاليست بود كه سبب غير فعال شدن كاتاليست شده و سدي در برابر انتقال جرم بود. از اينرو به‌منظور حل ‌مشكل، امواج‌ ما‌فوق ‌صوت در حين انجام فرايند پليمريزاسيون ‌اكسيداسيوني در راكتورناپيوسته‌صوتي بكار گرفته ‌شد. بطوريكه در سيستم مذكور، به بهينه‌سازي تاثير فاكتورهاي عملياتي از جمله، زمان اولتراسونيك (199دقيقه)، نسبت كاتاليست به سوخت ( 11گرم ‌بر ليتر) و نسبت كاتاليست به پايه سيليكا (39 درصد وزني) با استفاده ازديدگاه سطح-پاسخ (روش BBD) پرداخته شد. در اين ‌حالت ميزان‌ حذف تركيبات دي ‌بنزوتيوفن، بنزو‌تيوفن و سوخت ديزل واقعي به‌ ترتيب به 90%، 85% و 83% رسيد. به ‌منظور افزايش ميزان حذف DBT در فرايند پليمريزاسيون ‌اكسيداسيوني در حضور امواج ‌مافوق‌صوت، آزمايش ديگري نيز انجام گرفت. در آزمايش مذكور با استفاده از كاتاليست فسفووانادوتنگستيك‌اسيد تهيه‌ شده به روش سل-ژل درون راكتور ناپيوسته ‌صوتي، آزمايش پليمريزاسيون‌اكسيداسيوني انجام شد و به ميزان %93 از حذف DBT رسيد.

194100

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي - طراحي فرايند

دكتر شاهرخ شاه حسيني