استفاده از راكتور بستر سيال دو ناحيه اي در فرايندآروماتيك سازي پروپان بر روي كاتاليزورهاي زئوليتي ZSM-5

دكتري تخصصي

تبديل هيدروكربن¬هاي سبك به محصولات با ارزش از قبيل: آروماتيك¬ها يكي از موضوعات مهم در صنايع پتروشيمي است. بنابراين در سال¬هاي اخير، توجه زيادي به تبديل كاتاليستي هيدروكربن¬هاي سبك بويژه تبديل پروپان به آروماتيك¬ها هم در محيط¬هاي دانشگاهي و هم در محيط¬هاي صنعتي شده است. اين تبديل از نظر اقتصادي مقرون به صرفه¬ و از اهميت زيادي در اقتصاد يك كشور برخوردار است. يكي از مشكلات اصلي اين واكنش¬ها، نشست گونه¬هاي كربني سنگين در طول واكنش بر روي كاتاليزور است كه باعث غير فعال ¬شدن آن مي¬گردد. بستر سيال دو ناحيه¬اي راكتوري مناسب براي اجراي عمليات حالت پايدار در واكنش¬هاي كاتاليستي است كه بوسيله كك غيرفعال مي¬شود. در اين راكتور چند¬عملكردي، دو واكنش (عملكرد)، واكنش تبديل هيدروكربن¬هاي سبك به آروماتيك¬ها و احياي كاتاليستي در يك مخزن صورت مي¬پذيرد. بنابراين ويژگي، اين راكتور قويا براي واكنش آروماتيك¬سازي پروپان پيشنهاد مي¬شود. در تحقيق حاضر، عملكرد واكنش آروماتيك¬سازي پروپان با استفاده از كاتاليستZn/HZSM-5 در راكتور بستر ثابت و بستر سيال دو ناحيه¬اي، مورد مطالعه و بررسي قرار گرفت. ساختار و مقدار كربن نشسته بر روي كاتاليزور به وسيله آناليزهاي XRD, BET, SEM و TGA تعيين مشخصه گرديد. بررسي كارايي كاتاليست در راكتور بستر ثابت در دماي °C560 و سرعت فضايي cm3/g.h500 براي خوراك، بالاترين درصد تبديل اوليه پروپان۶۴/۸% و گزينش¬پذيري آروماتيك¬ها۶۶/۹% را نشان داد. علاوه بر اين اثر شرايط واكنش از قبيل: سرعت فضايي خوراك، دما و زمان واكنش بر عملكرد كاتاليست در راكتور بستر ثابت مورد بررسي قرار گرفت. يك مدل سينتيكي فشرده (Lumped kinetic model) شامل شش جز فشرده و شش مرحله واكنش براي توصيف واكنش پيچيده تبديل پروپان به آروماتيك¬ها پيشنهاد گرديد. مدل سينتيكي شامل 18 پارامتر سينتيكي و يك ثابت غيرفعال¬سازي كاتاليزور ¬مي¬باشد كه از يك تابع نمايي وابسته به زمان براي مدل غيرفعال شدن كاتاليست استفاده شده است. پارامترهاي سينتيكي با استفاده از نتايج بستر ثابت و الگوريتم ژنتيك محاسبه شدند. نتايج سينتيكي نشان داد كه مدل سينتيكي فشرده به طور رضايت¬بخشي مي¬تواند بازدهي محصولات آروماتيك¬سازي پروپان را تخمين بزند. در راكتور بستر سيال دو ناحيه¬اي(TZFBR) تشكيل كك روي سطح كاتاليزور تحت شرايط پايدار با احياي پيوسته كاتاليزور بوسيله اكسيژن خنثي ¬مي¬شود. در قسمت پاييني TZFBR اكسايش و سوختن كك رسوب¬شده روي سطح كاتاليزور با اكسيژن موردنياز انجام مي¬شود و در ناحيه بالايي واكنش آروماتيك¬سازي رخ مي¬دهد. به منظور اطمينان از پايداري عملكرد TZFBR، آروماتيك¬سازي پروپان در راكتورهاي بستر سيال معمول و بستر ثابت بدون حضور اكسنده انجام شد. به دليل احياي كاتاليزور، تبديل پروپان و گزينش¬پذيري بالاتري در TZFBR نسبت به راكتورهاي بستر سيال معمول و بستر ثابت به دست آمد. تاثير متغيرهاي اصلي از قبيل: سرعت نسبي، دما، درصد مولي اكسيژن در خوراك و ارتفاع ورودي خوراك پروپان بر عملكرد TZFBR مورد مطالعه قرار گرفتند. بررسي نتايج در راكتور بستر سيال دو ناحيه¬اي بالاترين بازدهي آروماتيك۲۲/۹۴% در سرعت نسبي ۱/۶، دماي °C560، درصد مولي اكسيژن 3% و ارتفاع ورودي خوراك پروپان برابر 5 سانتي¬متر را نشان داد. به منظور مدل¬سازي راكتور بستر سيال دو ناحيه¬اي براي اولين بار از مدل ساده دو فازي و همچنين مدل سه ¬فازي منندز استفاده شد. هر دو مدل تطابق نسبتا خوبي با داده¬هاي آزمايشگاهي را از خود نشان دادند اما با توجه به سادگي مدل دو فازي، استفاده از اين مدل براي مدلسازي راكتور بستر سيال دو ناحيه¬اي پيشنهاد مي¬گردد. واژه¬هاي كليدي: آروماتيك¬سازي پروپان، كاتاليست زئوليتي Zn/HZSM-5، راكتور بستر سيال دو ناحيه¬اي، مدل¬سازي سينتيكي، مدل¬سازي بستر سيال دو ناحيه¬اي

192322

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سيد مهدي علوي املشي