پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس و پژوهشگاه صنعت نفت با ساخت نانوکاتالیست‌های پروسکیتی به روش سل-ژل، موفق به دستیابی به دانش فنی مورد نیاز برای فرآیند تبدیل ترکیبی خشک و اکسایشی جزیی متان در مقیاس آزمایشگاهی شدند. کاهش کک تولیدی و بهینه‌تر کردن مصرف انرژی در صنایع نفت، گاز و فولاد کاربرد دارد.
ارائه روشی برای بهینه کردن مصرف انرژی از سوی محققان
|
پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس و پژوهشگاه صنعت نفت با ساخت نانوکاتالیست‌های پروسکیتی به روش سل-ژل، موفق به دستیابی به دانش فنی مورد نیاز برای فرآیند تبدیل ترکیبی خشک و اکسایشی جزیی متان در مقیاس آزمایشگاهی شدند. افزایش میزان تبدیل مواد اولیه، انتخاب‌پذیری محصولات، کاهش کک تولیدی و بهینه‌تر کردن مصرف انرژی در راکتور از ویژگی‌های این طرح است که می‌تواند در صنایع نفت، گاز و فولاد کاربرد داشته باشد.
تبدیل خشک متان فرآیندی است که به دلیل تولید کک بالا هنوز صنعتی نشده است ولی چون نسبت هیدروژن به مونوکسید کربن آن برابر با یک است، برای فرآیندهایی مثل فیشر-تروپش که تولید محصولاتی با ارزشی افزوده می‌کنند، بسیار مورد توجه است. به همین منظور برای افزایش پایداری این فرآیند به خوراک اکسیژن اضافه می‌کنند تا علاوه بر کاهش انرژی مصرفی فرآیند، تولید کک را کاهش دهد.
مهندس علیرضا جهانگیری، دانشجوی دکتری مهندسی شیمی از دانشگاه تربیت مدرس، یکی از محققان این طرح در مصاحبه با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «کشور ایران دارای ذخایر عظیم گاز است که یکی از روش‌های انتقال گاز، تبدیل آن به سوخت‌های مایع و مواد شیمیایی با ارزش افزوده است. فرایند تبدیل خشک متان فرآیند واسطه‌ای است که از گاز متان و دی‌اکسیدکربن، به عنوان گازهای گلخانه‌ای و مخرب محیط زیست، گاز سنتزی با ترکیب مناسب برای تهیه مواد شیمیایی ارزشمند ایجاد می‌کند. به همین علت برای بهبود این فرآیند، تحقیقات گسترده‌ای با عنوان کلی «توسعه دانش فنی مبدل‌های تولید هیدروژن و گاز سنتز» آغاز شد و این پروژه یکی از بخش‌های این تحقیقات گسترده است.»
وی در ادامه سخنان به هدف این بخش از این تحقیقات اشاره کرد و ابراز داشت: «هدف، ساخت نانوکاتالیست‌های پروسکیتی (ABO3) با قابلیت جانشانی در ساختار (عناصر گروه لانتانیدها مانند La ، Sm ، Gd وNd در موقعیتA و فلزات انتقالی Co و Fe و فلز Mg در موقعیت B) به روش سل-ژل برای تولید گاز سنتز از فرآیند ترکیبی تبدیل ترکیبی خشک و اکسایشی جزیی متان بود. تا علاوه‌بر تولید کک کمتر در راکتور، بهینه‌سازی مصرف انرژی، بتوان به نسبت دلخواه H2/CO با استفاده از تنظیم نسبت خوراک و شرایط عملیاتی جهت استفاده در فرآیند فیشر- تروپش و تولید متانول دست یابیم.»
کاتالیست ساخته شده در قالب ژل قبل از کلسینه کردن
مهندس جهانگیری که در این تحقیقات از همکاری دکتر حسن پهلوانزاده از دانشگاه تربیت مدرس و دکتر حمیدرضا آقابزرگ از پژوهشگاه صنعت نفت بهره جسته است، با اشاره به فعالیت‌های پنج مرحله‌ای این تحقیقات در سخنان خود، گفت: «این تحقیقات در پنج فعالیت صورت گرفته است که به صورت خلاصه مطالعه کتابخانه‌ای و تهیه تجهیزات و مواد از دو فعالیت اول این تحقیقات بود که بعد از تحقق آنان، به ساخت کاتالیست و تعیین مشخصات فیزیکی و شیمیایی پرداخته شد پس از این مرحله، آزمون راکتوری و بررسی عملکرد کاتالیست‌ها و تعیین کاتالیست بهینه در اولویت‌مان قرار گرفت. این آزمون شامل بررسی فعالیت کاتالیتیکی و گزینش‌پذیری کاتالیست‌های ساخته شده در فرایند تبدیل ترکیبی متان بود که با نتایج آن کاتالیست مناسب انتخاب گردید. در آخر نیز به بررسی کاتالیست مناسب از لحاظ تشکیل کک، به فعالیت پرداختیم.»
مقاومت در برابر تشکیل کک و کلوخه شدن، درصد تبدیل بالای متان و دی‌اکسیدکربن و پایداری در آزمون‌های بلند مدت راکتوری سه ویژگی‌ای است که عملکرد بهتر این فرآیند را در مقایسه با نتایج کاتالیست‌های فرآیند تبدیل ترکیبی متان به خوبی نشان می‌دهد.
مهندس جهانگیری در این رابطه افزود: «کاتالیست‌های پروسکیتی حاوی عناصر گروه لانتانیدها از خاصیت بازی بالایی برخوردارند که این مسئله جذب سطحی CO2 و تبدیل آن را افزایش و تولید کک را کاهش می‌دهد. از طرفی ساختارهای پروسکیتی علاوه‌بر پایداری مکانیکی و گرمایی بالا، ظرفیت ذخیره‌سازی اکسیژن بالایی نیز دارند که این خاصیت زمینه‌ساز افزایش فعالیت کاتالیستی این مواد است. همچنین وجود عناصر گروه فلزات واسطه مانند نیکل در ساختار منجر به بالا رفتن خاصیت اکسایشی-کاهشی این مواد می‌شود که این امر نیز منجر به افزایش فعالیت کاتالیستی می‌گردد.»
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله International Journal of Hydrogen Energy (جلد ۳۷، شماره ۱۳، جولای ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات ۹۹۷۷ الی ۹۹۸۴ همین شماره مشاهده نمایند. |
