فهرست مطالب

عنوان صفحه

چکیده 1

پيش گفتار 3

 

فصل اول

1-1- مقدمه 4

1-2- زوج شدن اکسايشي متان 6

1-3- مکانيزم واکنش 9

1-4- کاتاليست‌هاي فرآيند زوج شدن اکسايشي متان 13

1-4-1- فلزات قليايي و قليايي خاکي 15

1-4-2- لانتانيدها و اکتنيدها 15

1-4-3- فلزات واسطه 16

1-5- راکتورهاي فرآيند OCM 16

1-5-1- راکتور بستر ثابت 17

1-5-2- راکتور غشايي 19

1-5-3- راکتور بستر سيال 20

 

فصل دوم: سيال سازي

2-1- مقدمه 22

2-2- پديده سياليت 22

2-3- نمودار افت فشار در مقابل سرعت 25

2-4- رفتار مايع مانند يك بستر سيال 28

2-5- مزايا و معايب بسترهاي سيال براي عمليات صنعتي 28

2-5-1- مزايا 28

2-5-2- معايب 29

2-6- درهم آميختن و بهم پيوستن ذرات در دماي بالا 30

2-7- انواع سياليت گازي بدون حمل ذرات 31

2-8- طبقه بندي Geldart از ذرات 32

 

فصل سوم: زوج شدن اکسايشي متان در راکتور بستر سيال

3-1- مقدمه 35

3-2- تاثير دما و ترکيب خوراک گاز 36

3-3- اثر سرعت گاز 39

3-4- اثر ارتفاع بستر 41

3-5- اثر اندازه ذرات 44

3-6- اثر حضور اتان در خوراک 45

3-7- اثر رقيق کردن بستر کاتاليستي با جامد بي‌اثر روي عملکرد راکتور 46

3-8- عوامل ديگر 47

3-8-1- اثر ماکزيمم قطر حباب 47

3-8-2- اثر دما در بخش بالايي بستر 47

3-8-3- اثر توزيع خوراک اکسيژن و طراحي توزيع کننده ثانوي 48

 

فصل چهارم: فعاليتهاي تجربي

بررسي واکنش زوج شدن اکسايشي متان روي کاتاليست Mn/Na2WO4/SiO2 50

4-1- روش ساخت کاتاليست 50

4-2- تعيين مشخصات کاتاليست 51

4-3- بررسي خاصيت اکسايشي- کاهشي کاتاليست در حالت گذرا 51

4-4- بررسي عملکرد کاتاليست 55

4-5- بررسي کاتاليست از ديد سياليت 56

4-6- سيستم تست عملکرد کاتاليست در فرآيند زوج شدن اکسايشي متان 57

4ـ6ـ1ـ بخش خوراك دهي 57

4-6-2- نوع راكتور آزمايشگاهي 59

4-7- سيستم آناليز 60

4-8- كاليبراسيون سيستم آزمايشگاهي 61

4-8-1- كاليبراسيون كنترل كننده‌ جريان جرمي (MFC) و روتامتر 62

4ـ8ـ2ـ كاليبراسيون دستگاه GC 63

4-8-3- ارائة نمونة محاسبات كاليبراسيون و نتايج حاصل از بررسي عملكرد 63

4-8-4- محاسبات درصد تبديل متان، انتخاب‌پذيري محصولات و موازنه کربن 64

4-8-4-1- درصد تبديل متان 64

4-8-4-2- انتخاب‌پذيري محصولات 65

4-8-4-3- موازنه کربن 66

 

فصل پنجم: نتايج و بحث

5-1- نتايج تعيين مشخصات کاتاليست 68

5-2- نتايج بررسي خاصيت اکسايشي- کاهشي کاتاليست 69

5-3- نتايج تست عملکرد کاتاليست 77

5-3-1- اثر دما 77

5-3-2- اثر دبي خوراک 80

5-3-3- اثر ترکيب خوراک 86

 

فصل ششم: نتيجه‌گيري و پيشنهادات 88

 

مراجع 91

پيوست‌ها 96

ضميمه – الف 96

ضميمه – ب 98

 

 

فهرست شکلها

عنوان شکل صفحه

 

شکل 1-1- شبکه واکنش هتروژن OCM بر اساس مدل پيشنهادي Mleczko و Stansch 12

شکل2-1- انواع مختلف تماس يک پيمانه از ذرات به وسيله سيال 23

شکل 2-2- ΔP در مقابل uo براي شن تيز يک اندازه که رفتاري ايده‌آل را نشان مي‌دهد 27

شکل2-3-:از سياليت خارج شدن ذرات 20+16- مش مس 30

شکل 3-1- اثر دما روي تبديل متان و اکسيژن در ترکيبهاي مختلف خوراک 38

شکل 3-2- اثر دما روي انتخاب پذيري و بازده C2+ در ترکيبهاي مختلف خوراک 39

شکل 3-3- تاثير دما روي تبديل متان و اکسيژن براي سرعتهاي مختلف گاز 40

شکل 3-4- اثردما روي انتخاب پذيري و بازده C2+ براي سرعتهاي مختلف گاز 41

شکل 3-5- اثر دما روي تبديل متان و اکسيژن براي ارتفاع هاي مختلف بستر 42

شکل 3-6- اثر دما روي انتخاب پذيري و بازده C2+ براي ارتفاع هاي مختلف بستر 43

شکل3-7- اثر اندازه ذرات روي(a) دماي فاز متراکم (b) تبديل متان (c) تبديل اکسيژن

(d) انتخاب پذيري C2+ 44

شکل4-1- ميکرو راکتور مورد استفاده براي انجام آزمايشات حالت ناپايا 52

شکل4-2- سيستم آزمايش حالت گذرا با تغييرات پله اي 52

شكل 4-3 :شماي ساده‌ايي از Set-up آزمايشگاهي نصب شده جهت تست عملکرد کاتاليستي

فرآيند زوج شدن اکسايشي متان (OCM) 57

شکل 4-4- شمايي از راکتوربستر سيال تست عملکرد کاتاليست 60

شکل 4-5- نمايش سيستم گازکروماتوگراف Carl 400 A مورد استفاده آزمايش 61

شکل 5-1- نتايج آناليز XRD از نمونه کاتاليست Mn/Na2WO4/SiO2 68

شکل 5-2- تغيير پله‌اي در خوراک ورودي (شرايط عملياتي: دبي خوراک 10% متان

و آرگون= 20 sccm، oC850=Bed Temperature، mcat=0.1 g) 69

شکل 5-3- تغيير پله‌اي در خوراک ورودي در دماهاي مختلف براي شکست مولکولي 30 (اتان)

(شرايط عملياتي: دبي خوراک 10% متان و آرگون= 20 sccm،

oC850=Bed Temperature، mcat=0.1 g) 71

شکل 5-3- تغيير پله‌اي در خوراک ورودي در دماهاي مختلف براي شکست مولکولي 30 (اتان)

(شرايط عملياتي: دبي خوراک 10% متان و آرگون= 20 sccm،

oC850=Bed Temperature، mcat=0.1 g) 71

شکل 5-5- تغييرات درصدتبديل متان با زمان در دماي 800 و oC850 بعد از تغيير پله‌اي

در خوراک ورودي از آرگون به مخلوط 10% متان در آرگون 73

شکل 5-6- نمودار تغييرات درصد مولي محصولات در تغيير پله‌اي خوراک در دماي oC800

(شرايط عملياتي: فشار اتمسفري، 12 L/g cat. h) 74

شکل 5-7- نمودار تغييرات درصد مولي محصولات در تغيير پله‌اي خوراک در دماي oC850

(شرايط عملياتي: فشار اتمسفري، 12 L/g cat. h) 74

شکل 5-8- تغييرات انتخاب‌پذيري محصولات با زمان در تغيير پله‌اي خوراک ورودي

در دماي oC800 (شرايط عملياتي: فشار اتمسفري، 12 L/m cat. h) 75

شکل 5-9- تغييرات انتخاب‌پذيري محصولات با زمان در تغيير پله‌اي خوراک ورودي در

دماي oC850 (شرايط عملياتي: فشار اتمسفري، 12 L/m cat. h) 76

شکل 5-10- اثر دماي بستر کاتاليستي بر درصد تبديل متان در راکتور بستر ثابت و سيال

(mcat=3.5 g, Feed Flow Rate= 478 sccm, CH4/Air=1) 78

شکل 5-11- اثر دماي بستر کاتاليستي بر گزينش‌پذيري محصولات C2+ در راکتور بستر

ثابت و سيال (mcat=3.5 g, Feed Flow Rate= 478 sccm, CH4/Air=1) 79

شکل 5-12- اثر افزايش سرعت ورودي گاز روي درصد تبديل متان در راکتور بستر سيال

(mcat=2.0 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 81

شکل 5-13- اثر افزايش سرعت ورودي گاز روي گزينش پذيري محصولات C2+ در راکتور بستر سيال

(mcat=2.0 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 81

شکل 5-14- اثر افزايش دبي خوراک روي گزينش پذيري محصولات در راکتور بستر سيال

(mcat=2.0 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 82

شکل 5-15- اثر افزايش سرعت ورودي گاز روي گزينش‌پذيري محصولات در راکتور بستر سيال

(mcat=3.5 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 83

شکل 5-16- تغييرات درصد تبديل متان با سرعت ورودي گاز. مقايسه بين عملکرد راکتور بستر

ثابت و سيال در شرايط عملياتي يکسان (mcat=3.5 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 84

شکل 5-17- تغييرات گزينش پذيري C2+ با سرعت ورودي گاز. مقايسه بين عملکرد راکتور بستر

ثابت و سيال در شرايط عملياتي يکسان (mcat=3.5 g, Bed Temperature= 850oC, CH4/Air=1) 85

شکل 5- 18- اثر تغييرات نسبت متان به هوا در خوراک ورودي روي درصدتبديل متان.مقايسه

بين عملکرد بستر سيال و بستر ثابت (mCat=3.5 g, Bed Temperature=850oC,

Feed Flow Rate=478 sccm) 86

شکل 5- 19- اثر تغييرات نسبت متان به هوا در خوراک ورودي روي گزينش پذيري C2+.مقايسه

بين عملکرد بستر سيال و بستر ثابت (mCat=3.5 g, Bed Temperature=850oC,

Feed Flow Rate=478 sccm) 87