30961

بهينه¬سازي تجربي فرآيند گوگردزدايي اكسيداسيوني براي حذف تركيبات گوگردي مقاوم از سوخت مدل توسط نانو ذرات مغناطيسي

دكتري

مهندسي شيمي

1394

1402/11/30

دكتر شاهرخ شاه حسيني

دكتر مهران رضايي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

گوگرد زدايي اكسايشي به عنوان يكي از مهم¬ترين گزينه¬هاي مطلوب براي تهيه سوخت ديزل با محتوي بسيار كم گوگرد مطابق با آخرين استاندارد-هاي زيست محيطي در سرتا سر جهان است. در سال¬هاي اخير كاتاليست¬هاي پلي¬اكسومتالات به دليل بازدهي بالا توجه ويژه-اي را در فرآيند گوگرد¬زدايي اكسايشي به خود جلب نموده¬اند. از اين رو در اين مطالعه، هتروپلي اسيدهاي حاوي واناديوم از نوع كگين و ولز-داوسن تهيه و پس از تثبيت از طريق اتصال كووالانسي بر روي اكسيد گرافن مغناطيسي داراي عامل آمين (APTES-mGO) تثبيت و به عنوان كاتاليستي نوين در گوگرد¬زدايي اكسايشي- استخراجي (EODS) از سوخت مدل حاوي دي¬بنزوتيوفن مورد استفاده قرار گرفتند. جهت شناسايي كاتاليست¬هاي طراحي شده از روش¬هاي ارزيابي مختلف از جمله FT-IR، XRD، SEM-EDX، VSM، TGA، ICP-OES، طيف‌سنجي رامان، و ايزوترم‌هاي جذب-واجب نيتروژن استفاده شد. نتايج نشان داد كه تحت شرايط عملياتي ثابت هتروپلي اسيدها با ساختار كگين عملكرد بهتري در حذف دي¬بنزوتيوفن نسبت به ساختار ولز-داوسن با تعداد اتم واناديوم يكسان و در هر دو حالت همگن و ناهمگن خواهند داشت. هتروپلي¬اسيدK-PV2@APTES-mGO ، ( K-PV2 مخفف H5PMo10V2O40 با ساختار كگين و حاوي دو اتم واناديوم)، بالاترين راندمان حذف دي¬بنزوتيوفن را داشت. در همين حال، اثر درصد بارگذاري جزء فعال K-PV2 بر روي پايه مغناطيسي تهيه شده مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كاتاليست با مقدار بارگذاري 40 درصد وزني K-PV2 بيشترين حذف دي¬بنزوتيوفن را در برداشت. همچنين تحقيق در زمينه چهار پارامتر عملياتي دما، زمان واكنش، نسبت مولي اكسنده به گوگرد، و مقدار كاتاليست مصرفي به منظور تعيين شرايط بهينه با استفاده از روش طراحي آزمايش پاسخ- سطح مورد بررسي قرار گرفت. در شرايط بهينه شامل استفاده از 5/4 گرم كاتاليست به ازاي هر ليتر از سوخت مدل، و نسبت مولي اكسيدانت به گوگرد برابر با 7، در مدت نسبتاً كوتاه 30 دقيقه در دماي 45 درجه سانتي¬گراد تركيب گوگردي به طور كامل از سوخت مدل حذف شد. پس از هر بار اجرا EODS ، كاتاليست را مي¬توان به راحتي از محيط واكنش از طريق يك ميدان مغناطيسي خارجي بدون از دست دادن جرم قابل توجه جدا و بازيابي كرد. كاتاليست مذكور پس از 9 بار بازيابي، بيش از 95 درصد راندمان حذف DBT را حفظ كرد، كه پايداري عالي كاتاليست تهيه شده را نشان مي‌دهد. در ادامه، با هدف بهبود شرايط عملياتي در اين مطالعه براي اولين بار فرآيند EODS در يك راكتور بستر سيال مغناطيسي مورد بررسي قرار گرفت. مقايسه عملكرد دو سامانه راكتوري نشان داد فرآيند EODS در راكتور بستر سيال تحت تأثير ميدان مغناطيسي به مدت زمان (20 دقيقه)، مقدار كاتاليست (3 گرم به ازاي هر ليتر سوخت) و مقدار اكسيدانت كمتري (نسبت مولي اكسيدانت به گوگرد برابر با 4) براي حذف كامل DBT نياز دارد. به گونه-اي كه استفاده از ميدان مفغناطيسي در اطراف راكتور موجب افزايش تماس مواد واكنش دهنده با ذرات كاتاليست و كاهش مقاومت¬هاي انتقال جرمي خواهد شد.

1403/03/28

Experimental optimization of oxidative desulfurization process to remove refractory sulfur compounds from model fuel by magnetic nanoparticles

2/18/2025 12:00:00 AM

Oxidative desulfurization is one of the most important and desirable options for preparing diesel fuel with very low sulfur content in accordance with the latest environmental standards all over the world. In recent years, polyoxometalate catalysts have attracted special attention in the oxidative desulfurization process due to their high efficiency.Therefore in this study, Keggin and Dawson-type vanadium-containing hetropolyacids (HPAs) were synthesized and then covalently immobilized on amine-functionalized magnetic graphene oxide (APTES-MGO). Several techniques, including FT-IR, XRD, SEM-EDX, VSM, TGA, ICP-OES, Raman spectroscopy, and N2 adsorption-desorption isotherms, were used to characterize the samples. The results showed that under constant operating conditions, heteropolyacids with Keggin structure will perform better in removing dibenzothiophene than Wells-Dawsen structure with the same number of vanadium atoms in both homogeneous and heterogeneous states. Heteropolyacid K-PV2@APTES-mGO, (K-PV2 stands for H5PMo10V2O40 with Kegin structure and containing two vanadium atoms), had the highest dibenzothiophene removal efficiency. Meanwhile, the effect of loading percentage of active component K-PV2 on the prepared magnetic base was investigated. The results showed that the catalyst with the loading amount of 40% by weight of K-PV2 had the highest removal of dibenzothiophene. Also, the research on the four operating parameters of temperature, reaction time, molar ratio of oxidant to sulfur, and the amount of catalyst used was investigated in order to determine the optimal conditions using the response-surface design method. In optimal conditions including the use of 4.5 grams of catalyst per liter of model fuel, and the molar ratio of oxidant to sulfur is equal to 7, in a relatively short period of 30 minutes at a temperature of 45 degrees Celsius, the sulfur composition of the model fuel is completely deleted. After each EODS run, the catalyst can be easily separated and recovered from the reaction medium via an external magnetic field without significant mass loss. catalyst exhibited more than 95.0 % DBT removal efficiency even after 9 times of regeneration, showing the excellent stability of the nanocomposite catalysts. Next, with the aim of improving the operating conditions in this study, the EODS process was investigated in a magnetic fluid bed reactor for the first time. Comparing the performance of the two reactor systems showed that the EODS process in the fluidized bed reactor was affected by the magnetic field requires shorten time (20 min), the lower amount of catalyst (3 grams per liter of fuel) and lower the amount of oxidant (the molar ratio of oxidant to sulfur equal to 4) for complete DBT removal. In such a way that the use of magnetic field around the reactor will increase the contact of the reactants with the catalyst particles and reduce the mass transfer resistance.

گوگردزدايي , دي¬بنزوتيوفن , پلي_اكسومتالات , اكسيد گرافن مغناطيسي , راكتور بستر سيال مغناطيسي , بهينه سازي

Desulfurization , polyoxometalate , magnetic graphene oxide , magnetic graphene oxide , optimization

fariba mohammadi-nejati

shahrokh shahhosseini