پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق
تولید پروپیلن به دلیل فرآورده­ و مشتقات با ارزشی مانند پلیمرها، حلال‌ها، رنگ‌ها و ... بسیار حائز اهمیت است و یکی از مهم‌ترین بلوک‌های سازنده در صنعت شیمیایی است. فرآیندهای شکست حراتی و شکست کاتالیستی علاوه بر محدودیت‌های گزینش پذیری پایین، مصرف بالای انرژی و انتشار قابل‌توجهCO₂ ، نمی‌تواند تقاضای رو به افزایش پروپیلن را برآورده کنند. در چند دهه اخیر هیدروژن­زدایی از آلکان­های سبک، به دلیل بازده بالای پروپیلن، ایمنی و هزینه عملیاتی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است. کاتالیست­های Pt-Sn و CrO_x که به طور گسترده در فرآیند هیدروژن زدایی پروپان(PDH) مورد استفاده قرار می­گیرند، فعالیت هیدروژن زدایی و گزینش پذیری مطلوبی دارند؛ با این حال محدودیت‌های قیمت، غیر فعال شدن و مشکلات زیست‌محیطی جدی دارند و محققان را به بهبود پایداری در برابر کک، تف­جوشی کاتالیست های Pt و یافتن کاتالیزورهای جدید و طرفدار محیط زیست سوق داده‌است.
روش تحقیق
یکی از مسائل چالش برانگیز در فرآیند PDH دستیابی کاتالیست مناسب است. راهکارهای متعددی از جمله اصلاح پایه و معرفی مواد افزودنی برای تقویت عملکرد کاتالیستی و غلبه بر مشکلات و افزایش پایداری مقاوم کاتالیست های پلاتین و کروم پیشنهاد شده‌است. درک رابطه ساختار - عملکرد کاتالیست ها در طول واکنش PDH برای دستیابی به نوآوری در کاتالیست­های جدید با کارایی بالا ضروری است.
نتایج اصلی
این پژوهش با هدف معرفی ویژگی‌های واکنش هیدروژن زدایی، پیشرفت ایجاد شده در توسعه کاتالیست و چالش‌های موجود درک عمیقی از مکانیسم واکنش و نقش آن در توسعه و جهت‌های آتی کاتالیست برای توسعه کاربردی و صنعتی ارائه می‌دهد.

چکیده موضوع تحقیق: امروزه تقاضا برای آلکن‌ها (الفین‌ها)، به ویژه اتیلن و پروپیلن، به سرعت رو به افزایش است و انتظار می‌رود که به طور مداوم رشد کند. آلکان‌ها (پارافین‌ها) به دلیل ارزان بودن و فراوان بودن مواد اولیه شیمیایی محبوبی هستند، به همین دلیل مطالعات زیادی جهت پیدا کردن روش جایگزین مناسب انجام گردیده است. در این کار پژوهشی از چارچوب فلزی آلی CuBTC به عنوان پایه کاتالیست مبتنی بر منگنز در فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان جهت تولید پروپیلن استفاده شده است.
روش تحقیق: بارگذاری اکسید فلزی منگنز بر روی پایه CuBTC به روش تلقیح­تر انجام گرفت. به منظور شناسایی و مشخصه­یابی کاتالیست­ های سنتزشده از آنالیزهای XRD، FTIR، EDX، SEM و BET بهره گرفته شد. همچنین از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی به منظور بررسی فاکتورهای اساسی دما داخل راکتور، میزان بارگذاری اکسید فلزی منگنز و نسبت پروپان به اکسیژن و تاثیر متقابل این پارامترها با یکدیگر جهت تولید پروپیلن در فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی پروپان استفاده گردید. بنابراین میزان بارگذاری اکسید منگنز در محدوده 5 -1 درصد وزنی منگنز، دمای داخل راکتور در بازه 280-140 درجه سانتی­گراد و نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 به عنوان متغیرهای ورودی به طراحی آزمایش وارد شدند.
نتایج اصلی: پس از انجام آزمون­ های راکتوری و تجزیه و تحلیل نتایج به دست­آمده به وسیله نرم ­افزار طراحی آزمایش مشاهده گردید، مدل­ های آماری پیشنهادشده توسط نرم­ افزار برای درصد تبدیل، درصد گزینش ­پذیری و بازده فرآیند هیدروژن­ زدایی اکسایشی با دقت قابل قبول 95% مورد تایید قرار گرفت. بهینه­ سازی بازده فرآیند هیدروژن­زدایی اکسایشی با مقدار بیشینه 9/4 با درصد تبدیل 38/28، درصد گزینش ­پذیری 14/18 در دمای 278 درجه سانتی­گراد، بارگذاری اکسید فلزی 74/3 درصد و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 انجام گرفت که دقت بین داده­ آزمایشگاهی و داده پیش ­بینی شده 93% محاسبه گردید.

چکیده هیدروژن زدایی از آلکان به جهت تولید آلکن یک فرایند کلیدی و مهم در صنایع پتروشیمی است. پروپیلن درواقع واسطه تولید بسیاری از پلیمرهای صنعتی به شمار می‌رود. در تحقیق پیشرو از CO2 به‌عنوان اکسنده برای تولید پروپیلن از روش هیدروژن زدایی اکسایشی استفاده گردید. نتایج به‌دست‌آمده با تحلیل‌های XRD، Raman، TEM،BET موردمطالعه قرار گرفت. آزمون‌های رامان و XRD وجود فاز آناتاز، تشکیل نانولوله‌های تیتانیا و پخش مناسب گونه های فعال وانادیوم را نشان دادند. آزمون TEM، ساختار نانولوله‌ای پایه و عدم وجود ناخالصی در آن را تائید کرد. کاتالیست وانادیم به روش تلقیح مرطوب با 5 درصد وزنی از اکسید وانادیم بر پایه‌ی نانولوله‌ی تیتانیا تهیه شد. حضور سیلیسیم در ساختار نانولوله تیتانیوم موجب افزایش پایداری حرارتی کاتالیست گردید. کاتالیست حاوی 5 درصد وزنی وانادیم و سیلیسیم توانست به درصد تبدیل %31/28 و گزینش پذیری پروپیلن برابر با 51% در دمای oC 550 دست‌ یابد. این بهبودی و راندمان بالا می‌تواند به خاطر سطح ویژه بالاتر و پخش بهتر وانادیم بر روی نمونه با پایه تیتانیای اصلاح‌شده باشد.

چکیده رشد شدید تقاضای جهانی برای پروپیلن، موجب مطالعات و تحقیقات گسترده‌ای جهت یافتن روش­های جایگزین به‌صرفه‌تر و با مصرف کمتر انرژی و بازده مناسب گردیده است. در این پژوهش از گاما آلومینا به‌عنوان پایه­ی کاتالیست­های مولیبدن در فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان، جهت تولید پروپیلن استفاده شده ‌است. کاتالیست­ها به روش تلقیح مرطوب تهیه شده است. به منظور ارزیابی و تعیین دقیق مشخصات کاتالیست­های ساخته‌شده، آنالیزهای FTIR، XRD، BET، SEM و XRF انجام گرفته است. از طراحی آزمایش به روش مرکب مرکزی برای بررسی تأثیر پارامترهای دمای واکنش، درصد بارگذاری مولیبدن، نسبت پروپان به اکسیژن و همچنین بررسی تأثیر برهمکنش بین آن‌ها در تولید پروپیلن طی فرآیند هیدروژن‌زدایی اکسایشی پروپان استفاده شد. برای این منظور از بارگذاری مولیبدن در محدوده 16-4 درصد وزنی، نسبت پروپان به اکسیژن در محدوده 3-1 و دما در محدوده‌ی 540-380 درجه سلسیوس به‌عنوان متغیرهای ورودی روش مرکب مرکزی استفاده شد. پس از انجام آزمون راکتوری و تحلیل نتایج توسط نرم­افزار طراحی آزمایش مشاهده شد، مدل­های پیش‌بینی‌شده برای درصد تبدیل پروپان، درصد گزینش­پذیری پروپیلن و درصد بازده هیدروژن­زدایی اکسایشی با دقت 95% موردقبول است. حالت بیشینه درصد بازده هیدروژن­زدایی اکسایشی با مقدار 02/14 درصد در دمای 487 درجه سلسیوس، 22/11 درصد بارگذاری مولیبدن و نسبت پروپان به اکسیژن 5/1 به دست آمد که در حالت آزمایشگاهی توانست با دقت 94% نسبت به حالت پیشنهادی بهینه مدل طراحی آزمایش حاصل شود.