دفاعیه دکترا در دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز
| تاریخ ارسال: 1401/1/17 |
چکیده
احتراق کاتالیستی متان یک فناوری کارآمد و پیشرفته در جهت حذف و یا کاهش میزان انتشار آلایندههایی همچون هیدروکربنهای نسوخته، COx، NOx، دوده و غیره است. در این فرایند کاتالیستهای مختلفی مورد استفاده قرار میگیرند. با توجه به ویژگیهای برتر احیاپذیری، ظرفیت ذخیرهسازی بالای اکسیژن و حالتهای مختلف اکسیداسیون در شبکه کریستالی، اکسید منگنز (MnOx) به عنوان کاتالیست اصلی در این مطالعه انتخاب گردید و تأثیر عوامل مختلف بر این ترکیب در فرایند احتراق متان مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. در بخش ابتدایی این رساله، کاتالیستهای اکسیدهای منگنز، نیکل، کبالت، آهن و کروم با استفاده از روش مکانیکی – شیمیایی تهیه گردیدند و در فرایند احتراق متان مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کاتالیست MnOx (MnO۲, Mn۲O۳) عملکرد بهتری در این فرایند دارد، به گونهای که ۹۰% از میزان تبدیل متان در دمای ℃۴۰۰ بدست آمده است. با توجه به حساسیت واکنشهای اکسیداسیون به ساختار کاتالیست، بخش دوم این رساله اختصاص به بررسی مورفولوژیهای مختلف اکسید منگنز شامل نانوذرات سیم، لوله، میله و گل با استفاده از روشهای آبی – حرارتی و انحلالی دارد. نتایج نشان داد که کاتالیست تهیه شده با ساختار نانوسیم دارای بهترین عملکرد در فرایند احتراق متان بوده است.عوامل تأثیرگذار بر تهیه MnOx با ساختار نانو سیم به روش آبی – حرارتی شامل دمای اتوکلاو، pH، زمان ماند و دمای کلسیناسیون مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند که نتایج نشان دادند که کاتالیست تحت شرایط دمای اتوکلاو برابر ℃۲۴۰، pH برابر ۳، زمان پیرسازی برابر ۲۴ ساعت و دمای کلسیناسیون برابر ℃۴۰۰، بالاترین راندمان تبدیل متان در دمای پایین (℃۳۰۵ = T۵۰% و ℃ ۴۰۳ = T۹۰%) را دارد. تأثیر افزودن فلزات قلیائی خاکی شامل اکسیدهای Mg، Ca، Ba و Sr به MnOx با استفاده از روش مکانیکی – شیمیایی در دستور کار قرار گرفت که نتایج بدست آمده نشان دادند که کاتالیست حاوی ۱۰% وزنی اکسید باریم، پتانسیل زیادی برای بهبود راندمان تبدیل متان دارد و دمای خاموشی (Light-off) بر روی این کاتالیست نسبت به نمونه MnOx خالص به اندازه ℃۵۰ کاهش یافته است. اثر محتواهای مختلف اکسید باریم (۲۰، ۱۵، ۱۰، ۵ = x) نیز بر روی خصوصیات ساختاری و راندمان کاتالیستی مورد بررسی قرار گرفت که به سبب توانایی بالاتر در فراهمسازی اکسیژن از طریق ترکیبات، کاتالیست BaO(۱۰)-MnOx میزان تبدیل بالاتری از متان را از خود نشان داد و دمای مربوط به ۱۰ و ۹۰% از تبدیل به ترتیب در ℃ ۳۰۵ و ۴۲۷ بدست آمده است. نمونه BaO(۱۰)-MnOx با چهار روش مکانیکی – شیمیایی، رسوبگیری، سنتز احتراقی و سل – ژل پچینی تهیه و در فرایند احتراق متان مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که کاتالیست تهیه شده با روش مکانیکی – شیمیایی عملکرد مطلوبتری را نسبت به سایر نمونهها از خود نشان داده است. بررسی تأثیر ظرفیت ذخیرهسازی اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت .در میان این نمونهها، کاتالیست حاوی اکسید سریم، تأثیر مثبت بیشتری بر میزان تبدیل متان به سبب بالاتر بودن سطح ویژه (m۲.g-۱ ۳۹) و همچنین بالاتر بودن ظرفیت ذخیرهسازی اکسیژن، داشته است. افزودن مقادیر مختلف اکسید سریم (۷، ۵، ۳ و ۱ = x) نیز بررسی گردید که نتایج نشان دادند که افزایش محتوای اکسید سریم تا ۳% وزنی سبب بهبود میزان تبدیل متان شده است و ۹۰% از متان ورودی در دمای ℃۳۵۰ به محصولات تبدیل شدند. تأثیر افزودن ۵/۰ درصد وزنی اکسیدهای Pd، Pt، Rh و Ru بر خصوصیات ساختاری و عملکرد کاتالیستی BaO(۱۰)-MnOx در فرایند احتراق متان مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان دادند که افزودن اکسید رودیوم میتواند به شکل قابل ملاحظهای میزان تبدیل متان و دمای خاموشی را تحت تأثیر قرار دهد. تأثیر محتواهای مختلف اکسید رودیوم (۱، ۷۵/۰، ۵/۰، ۲۵/۰ = x) نیز عامل دیگری بود که در ادامه مورد بررسی قرار گرفت بررسی نوع سیستم راکتوری مورد استفاده، آخرین موضوعی است که در این رساله بدان پرداخته شده است که برای این کار از دو سیستم راکتوری بستر ثابت و بستر پلاسما + بستر ثابت بر روی کاتالیستهای A-MnOx (NiO، CuO، CoOx و Fe۲O۳ A:) استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان دادند که اعمال میدان الکتریکی میتواند راندمان تبدیل متان را به ویژه در دماهای پایین به شکل بسیار چشمگیری بهبود دهد،
کلمات کلیدی:
احتراق کاتالیستی متان؛ اکسید منگنز؛ ظرفیت ذخیرهسازی اکسیژن؛ مکانیکی – شیمیایی؛ آبی – حرارتی؛ فلزات نجیب؛ راکتور پلاسما؛ اکسیداسی
دفعات مشاهده: 1101 بار |
دفعات چاپ: 147 بار |
دفعات ارسال به دیگران: 0 بار |
0 نظر