21040

۲۱۰۴۰

ساخت و بررسي كاتاليست هاي نانو ساختار حاوي سريم براي اكسيداسيون تركيبات گوگردي مقاوم سوخت ¬هاي هيدروكربني مايع

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

۱۳۹۵-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۲/۱۷

دكتر امين بازياري - دكتر سيد مهدي علوي املشي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

فرآيند گوگردزدايي اكسايشي مكملي مناسب براي فرآيند گوگردزدايي هيدروژني جهت حذف تركيبات گوگردي مقاوم موجود در سوخت¬هاي فسيلي مانند بنزوتيوفن، دي¬بنزوتيوفن و مشتقات آلكيلي آن¬ها در شرايط عملياتي پايين (دماي پايين و فشار اتمسفر) محسوب مي¬شود. ساختار منحصر به فرد و خاصيت اكسايش – كاهش اكسيد سريم، آن را به عنوان اكسيد فلزي مناسب براي اغلب فرآيندها و مطالعات كاتاليستي معرفي كرده است. در اين پروژه، فعاليت كاتاليست¬هاي نانوساختار حاوي سريم در فرآيند گوگردزدايي اكسايشي با استفاده از كاتاليست حاوي اكسيد سريم در كنار اكسيد واناديم بر روي پايه گاما-آلومينا (CeO2-VOx/γ-Al2O3 )مورد بررسي قرار گرفت كه به صورت CV/x نامگذاري شدند و x نشان دهنده مقدار درصد وزني بارگذاري شده سريم بر روي پايه كاتاليست است. كاتاليست¬ها با حداكثر بارگذاري 13% وزني، به روش تلقيح خشك اصلاح شده با استفاده از امواج فراصوت ساخته شدند. خواص و ساختار نمونه¬هاي كاتاليستي با استفاده از آناليزهاي پراش پرتو ايكس (XRD)، جذب و دفع نيتروژن (N2 adsorption–desorption)، طيف¬سنجي تبديل فوريه مادون قرمز (FTIR)، طيف¬سنجي بازتابش انتشاري فرابنفش – مرئي (UV-Vis DRS)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني(FE-SEM) و طيف¬سنجي پراش انرژي پرتو ايكس (EDX) مورد بررسي قرار گرفتند. فرآيند گوگردزدايي اكسايشي با استفاده از سوخت مدل حاوي ppmw 500 گوگرد كه به صورت دي¬بنزوتيوفن در حلال نرمال-دودكان بود، انجام شد. گوگردزدايي با استفاده از اكسنده ترشيري¬بوتيل هيدروپروكسيد با نسبت مولي O/S برابر با 5 و در حضور 03/0 گرم كاتاليست در دماي C° 80 و فشار 1 اتمسفر انجام و ميزان تبديل دي¬بنزوتيوفن با استفاده از دستگاه كروماتوگرافي گازي مجهز به آشكارساز PFPD اندازه¬گيري شد. اثر بارگذاري جزء فعال، امواج فراصوت مورد استفاده در ساخت كاتاليست، دماي واكنش، نسبت مولي O/S و حضور تركيبات رقابتي ايندول، كوئينولين وسيكلوهگزن بر نتيجه گوگردزدايي نيز مورد بررسي قرار گرفت. بهترين نتيجه گوگردزدايي براي كاتاليست CV/7 شامل 7% وزني سريم در كنار 6% وزني واناديم، بدست آمد كه توانست پس از 1 دقيقه از شروع واكنش به ميزان تبديل 90% برسد، اين ميزان تبديل براي كاتاليستي كه بدون امواج فراصوت ساخته شده است به 32% در مدت زمان 1 دقيقه مي¬رسد. فعاليت كاتاليستي ديگر نمونه¬هاي كاتاليستي به ترتيب به صورت CV/7 > CV/5 > CV/10 > CV/11 بوده است. كاهش دماي واكنش از دماي C° 80 به دماهاي C° 60 و 40 به ترتيب سبب كاهش ثابت سرعت واكنش از مقدار mol. L-1. min-1 956/1 به مقادير mol. L-1. min-1 1116/0 و 0256/0 شد و در نتيجه درصد گوگردزدايي از ميزان 98% به ميزان 10% و 5% در 2 دقيقه كاهش يافت. همچنين حضور تركيبات رقابتي نيز سبب كاهش تبديل دي-بنزوتيوفن به 82% ، 78% و 32% به ترتيب در حضور كوئينولين، ايندول و سيكلوهگزن پس از گذشت مدت زمان 2 دقيقه شد.

1398/06/30

Synthesis and study of Nanostructured Cerium-containing catalysts for Oxidative desulfurization (ODS) of refractory sulfur compounds of liquid hydrocarbon fuels

5/7/2019 12:00:00 AM

The oxidative desulfurization (ODS) process is a promising complement process to the hydrodesulfurization (HDS) to remove refractory sulfur compounds of liquid fossil fuels such as benzothiophene (BT), dibenzothiophene (DBT) and their alkyl derivatives under mild operation conditions (low temperature and atmospheric pressure). Cerium oxide has shown unique structure and redox properties in the different catalytic reactions. In this study, the catalytic activity of nanostructured cerium-containing catalysts in the oxidative desulfurization was investigated using ceria-vanadia/γ-Al2O3 (CeO2 - VOx / γ-Al2O3) catalysts. The catalysts were labeled CV/x that x is weight percentage of Ce. The catalysts with metal loading of 13 wt% prepared by modified incipient wetness impregnation aided with ultrasonic waves to enhance catalyst performances. The oxidative desulfurization was conducted in a batch reactor with model fuel that consisted of 500 ppmw sulfur as dibenzothiophene in n-dodecane. Tert-butyl hydroperoxide (t-BuOOH) was used as oxidant and the molar ratio of oxidant to sulfur (O/S) was 5. The catalyst dosage was 0.03 g for 3 g model fuel that includes 500 ppmw Dibenzothiophene in n-dodecane, at 80 °C and 1 atmosphere. The effect of bimetallic catalysts, ultrasonic modification, reaction temperature, molar ratio O/S and Indole, Quinoline and Cyclohexene as nitrogen, olefin and aromatic compounds were investigated. The conversion of dibenzothiophene was determined with gas-chromatography equipped pulsed flame photometric detector (PFPD). The catalyst samples were characterized by X-Ray diffraction (XRD), N2 adsorption – desorption, fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), diffuse reflectance UV-vis spectrum (UV-Vis DRS), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive X-Ray (EDX) and Mapping. The best catalytic activity was observed for CV/7 sample with 7 wt% Ce and 6 wt% V on the support and achieved 90% DBT conversion after only 1 min of the reaction. However the DBT conversion for the catalyst prepared without ultrasonic modifications was 32% in 1 min. The catalyst activities were decreased in order of CV/7 > CV/5 > CV/10 > CV/11. The decrease of reaction temperature from 80 °C to 60 and 40 °C, reduced reaction rate constant from 1.956 mol. L-1. min-1 to 0.1116 and 0.0256 mol. L-1. min-1, respectively, so decreased desulfurization percentage from 98% to 10% and 5% in 2 min. The present nitrogen, olefin and aromatic compounds decreased the DBT oxidation to 82%, 78% and 32% for quinoline, indole, and cyclohexene.