تهیه و شناسایی نانوکاتالیست کبالت-منگنز- سریم برای به‎کارگیری در فرایند فیشر-تروپش و بررسی تاثیر شرایط عملیاتی بر فعالیت آن

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

حسام الدین هاشمزهی ¹ , علی اکبر میرزایی ² , امین بهزادمهر ³

1 - دانشجوی دکتری شیمی کاربردی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 - استاد شیمی فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
3 - استاد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

تاریخ دریافت : 1400/03/26 تاریخ پذیرش : 1400/03/26 تاریخ انتشار : 1400/03/01

کلید واژه: دما, فشار, نسبت خوراک بهینه, کاتالیست کبالت- منگنز- سریم, فرایند فیشر-تروپش,

چکیده مقاله :

یکی از مهم ترین فرایند ها در صنعت پتروشیمی فرایند فیشر-تروپش (FTS) است. در این فرایند، گاز سنتز که به‎طور عمده شامل گازهای H2 و CO است به مخلوطی از هیدروکربن‌ها تبدیل می شود. بخش مهم و تعیین کننده در این فرایند، کاتالیست است. در این پژوهش، کاتالیست سه فلزی کبالت-منگنز-سریم بر پایه آلومینا (Al2O3) با روش تلقیح مرطوب ساخته شد. شناسایی کاتالیست با روش های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و تجزیه وزن‌سنجی گرمایی (TGA) انجام شد. همچنین، مساحت سطح کاتالیست با روش BET اندازه‎گیری شد. کاتالیست ساخته‎شده به‎منظور انجام فرایند فیشر-تروپش در ریزواکنشگاه بستر ثابت آزمایشگاهی به‎کارگرفته شد و اثر عامل‎های عملیاتی مانند دما، فشار و نسبت خوراک بر گزینش‎پذیری و فعالیت کاتالیست بررسی شد. با توجه به نتایج، دمای C° 300‎، فشار 1 اتمسفر و نسبت مولی خوراک H2/CO برابر با 1/1، به عنوان شرایط عملیاتی بهینه کاتالیست انتخاب شد

چکیده انگلیسی:

One of the most important processes in the petrochemical industry is Fisher-Tropes synthesis. In this process, the synthesis gas, which mainly contains H2 and CO gases, is converted to a mixture of hydrocarbons. The Fischer-Tropsch process is a catalytic process that catalyst is an important and determining part of this process. Therefore, in this study, the cobalt-manganese-cerium tri-metal catalyst based on alumina (Al2O3) was prepared by the wet impregnation method. The optimal catalyst was identified using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and thermal gravimetry analysis (TGA) techniques. Surface area of the catalyst was measured by BET method. The fabricated catalyst was used to perform the Fisher-Tropes process in a laboratory fixed-bed microreactor and the effect of operating parameters such as temperature, pressure, and feed ratio on the selectivity and activity of the catalyst were investigated. According to the results, a temperature of 300 °C, pressure  of 1 atm, and feed molar ratio of H2 / CO = 1.1 were selected as the optimal operating conditions of the catalyst. 

منابع و مأخذ:

[1] Marano, J.J.; 2^nd International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies, Freiberg, Germany, 2007.

[2] Weiqi, Y.B.; Xu, J.; Zhichao, T.; Xiang, H.; Li, Y.; Catal. Lett. 125, 116-122, 2008.

[3] Hegedus, L.L.; Baron, K.; Journal of Catalysis 37(1), 127-132, 1975.

[4] Malek Abbaslou, R.M.; Soltan Mohammadzadeh J.S.; Dalai, A.K.; Fuel Processing Technology 90, 849–856, 2009.

[5] Lob, W.; “Electrochemistry of organic compounds”, first ed., John Wiley & Sons, New York, 1906.

]6[ Bukur, D.B.; Nowicki, L.; Patel, S.A.; Can. J. Chem. Eng. 74(3), 399-404, 1996.

]7[ Schulz, H.; Applied Catalysis A 186, 3–12, 1999.

]8[ Mirzaei, A.A.; Habibpour, R.; Faizi, M.; Kashi, E.; Applied Catalysis A 301, 272–283, 2006.

]9] Stiles, A.B.; Koch, T.A.; Catalyst Manufacture, 2nd ed., CRC Press, Boca Raton, 1995.

]10] Hou, L.; Ph.D. Thesis, Chapter 2, University of Pittsburgh, Pennsylvania, 2005.

[11] Dry, M.E.; Journal of Molecular Catalysis 17, 133-144, 1982.

]12] Boreskov, G.K.; Kinetica i kataliz 3, 470, 1962.

[13] Feyzi, M.; Khodaei, M.M.; Shahmoradi, J.; J. Taiwan. Inst. Chem. Eng. 45(2), 452- 60, 2014.

[14] Atashi, H.; Razmjooei, S.; Khorashadizadeh, M.; Shiva, M.; Farshchi Tabrizi, F.; Seyed Mousavi,                               

         S.; J. Taiwan. Inst. Chem. Eng. 54, 83-90, 2015.

[15] Liu, Y.; Teng, B.T.; Guo, X.H.; Li, Y.; Chang, J.; Tian, L.; J Mol Catal A: Chem. 272(1), 182-90, 2007.

[16] Yates, I.C.; Satterfield, C.N.; Energy Fuels. 6(3), 308-14, 1992.

[17] Özkara-Aydınoğlu, Ş.; Ataç, Ö.; Gül, Ö.F.; Sinan, Ş.K.; Şal, S.; Baranak, M.; Chem Eng J. 181-182, 581-589, 2012.                                          

[18] Hossein, Z.F.; Hossein, A.; Farshad, F.T.; Ali Akbar, M.; Energy 128, 496-508, 2017.

[19] Hesam, A.H.; Ali, A.M; Hossein, A.; Fatemeh, R.; Petroleum Science and Technology 35(24), 2229-2234, 2017.

[20] Zafari, R.; Abdouss, M.; Zamani, Y.; Fuel 237, 1262-1273, 2019.

]21] Fernandes, F.A.N.; Ind. Eng. Chem. Res. 45, 1047-1057, 2006.