13426

13426

تبديل انتخابي پروپان جهت توليد اكريليك اسيد در راكتور بستر سيال

دكتري

شيمي - ترموسينتيك و كاتاليست

مهرماه 1393

مهرماه 1393

دكتر سيد مهدي علوي

چكيده در سال¬هاي اخير، اكسيداسيون انتخابي آلكان¬هاي سبك (C2-C4) به تركيبات اكسيژن¬دار، بويژه تبديل پروپان به اكريليك اسيد، توجه بسيار زيادي را هم در محيط¬هاي دانشگاهي و هم در محيط¬هاي صنعتي به خود اختصاص داده است. زيرا هم اثرات زيست محيطي كمتري دارد و هم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه¬تر است. بعضي از ويژگي¬هاي راكتور بستر سيال از قبيل انتقال حرارت خوب، امكان كنترل دقيق دما، ايمني بالا و اندازه كوچك ذرات كاتاليست، اين راكتور را قويا براي واكنش اكسيداسيون جزئي پروپان به اكريليك اسيد پيشنهاد مي¬كند. در تحقيق حاضر، عملكرد واكنش اكسيداسيون جزئي پروپان به اكريليك اسيد با استفاده از كاتاليست Mo1V0.3Te0.23Nb0.12Ox در راكتور بستر ثابت و بستر سيال ساخته شده، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفته است.بررسي كارايي كاتاليست در راكتور بستر ثابت نشان مي¬دهد با افزايش غلظت اكسيژن از 1=(O2)/(C3H8)به 3=(O2)/(C3H8) در خوراك،گزينش پذيري نسبت به اكريليك اسيد از 2/14% به 1/10% كاهش مي¬يابد. علاوه بر اين افزودن بخار آب به خوراك به اندازه 5/7=(steam)/(C3H8) در شرايط يكسان از نظر دما، شدت جريان كل و مقدار اكسيژن، باعث افزايش گزينش پذيري اكريليك اسيد از 2/7% به 40% مي¬شود. آناليز دقيق نتايج نشان مي¬دهد كه بخار آب با تاثير بر ساختار كاتاليست از طريق افزايش مقدار فاز موثر و كاهش توليد فازهاي غير مفيد و تاثير بر تعداد و قدرت سايت¬هاي اسيدي دسترسي به اكسيژن شبكه¬اي را كاهش مي¬دهد. به عبارت ديگر همان اكسيژن شبكه¬اي كه باعث فعاليت پروپان و تبديل آن به اكريليك اسيد مي¬شود، همان اكسيژن شبكه¬اي نيز مي¬تواند باعث سوختن اكريليك اسيد و تبديل آن به COx شود. درنتيجه عمليات در فشار جزئي¬هاي كمتر اكسيژن، به نفع مسير مطلوب واكنش است. مقايسه نتايج بدست آمده در راكتور بستر ثابت و بستر سيال نشان مي¬دهد، تبديل پروپان در بستر سيال كمتر از بستر ثابت است. اما راكتور بستر سيال اين نقص را با توليد گزينش پذيرتر اكريليك اسيد جبران مي¬كند. به طوري¬كه بازده و سرعت توليد اكريليك اسيد در بستر سيال بيشتر است. به عنوان مثال در شرايط واكنشي يكسان، بازده توليد اكريليك اسيد در بستر ثابت و سيال، به ترتيب، 28/4% و 83/6% است. در بستر سيال، از آنجا كه قسمت اعظم اكسيژن به صورت حباب و بدون تماس با ذرات كاتاليست از درون بستر عبور مي-كند، امكان فعاليت در فشار جزئي¬هاي كمتر اكسيژن و درنتيجه دسترسي به گزينش پذيري بيشتر اكريليك اسيد فراهم است. از نتايج بدست آمده در راكتور بستر ثابت براي ارائه يك مدل سينتيكي براي اين واكنش استفاده شده است. سه مدل: تواني، الي-ريدل و مارس-ون كرولن ارائه شده است. پارامترهاي مربوط به هر سه مدل با استفاده از الگوريتم ژنتيك بهينه شده است. نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه مدل ارائه شده بر مبناي مكانيسم مارس-ون كرولن تطابق بهتري با داده¬هاي تجربي دارد. ميزان خطاي نسبي در پيش بيني تبديل پروپان و گزينش پذيري اكريليك اسيد توسط مدل مارس-ون كرولن به ترتيب 13% و 13% است، در حالي¬كه توسط مدل الي-ريدل به ترتيب 17% و 20% است. به منظور مدلسازي راكتور بستر سيال، مدل H-R با در نظر گرفتن اختلاط محوري در فاز حباب بهبود داده شد. نتايج نشان مي¬دهد كه مدل توسعه داده شده جديد نسبت به مدل اصلي H-Rدر محدوده وسيع¬تري از شرايط عملياتي معتبر است. واژه‌هاي كليدي: اكسيداسيون جزئي پروپان به اكريليك اسيد، كاتاليست MoVTeNbO، بستر سيال، مدلسازي سينتيكي، مدلسازي بستر سيال