شبیه‌سازی افزایش بازده تولید الفین‌های سبک از متانول با استفاده از کاتالیست زئولیتی HZSM-5

پژوهش های کاربردی در شیمی

مقاله 9، دوره 12، شماره 4، اسفند 1397، صفحه 77-87   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

محمد رستمی زاده^{* 1}؛ پیمان تقوی²؛ حسین حضرتی¹

¹استادیار، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

²لیسانس، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، شهر جدید سهند، تبریز، ایران

چکیده

 الفین‌های سبک (اتیلن، پروپیلن و بوتیلن) می‌توانند به‌صورت مستقل از منابع نفتی و با استفاده از متانول تولید شوند. در این پژوهش، کاتالیست HZSM-5 به روش آب‌گرمایی تهیه‌شده و با روش‌های پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، جذب-واجذب نیتروژن (BET)، طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FT-IR) و جذب-واجذب آمونیاک (NH₃-TPD) شناسایی شد. کاتالیست دارای ریخت‌شناسی میکروکره بود که منجر به ایجاد ساختار مزو حفره و تسهیل فرایند نفوذ شد. براساس نتایج تعیین مشخصه، کاتالیست دارای بلورینگی و مساحت سطح بالا و ویژگی اسیدی مناسب بود. نتایج نشان داد که مقدار تبدیل متانول در حضور این کاتالیست بالا (5/99 %) و گزینش‌پذیری آن برای الفین‌های سبک بالا (82 %) بود. همچنین، طول عمر کاتالیست (72ساعت( به‌نسبت بالا بود. به منظور بهبود بیشتر بازده تولید، واکنش‌ها و سینیتیک‌های مناسب منطبق بر عملکرد کاتالیست تعیین و فرایند تبدیل متانول به الفین‌ها (MTO) شبیه‌سازی شد. نتایج شبیه‌سازی و آزمایش‌های تجربی همخوانی بسیار خوبی نشان دادند. با بهینه‌سازی عامل‌های سینیتیکی و عملیاتی فرایند MTO، مقدار تبدیل متانول به 100 % و گزینش‌پذیری کاتالیست برای الفین‌های سبک به 1/94 % افزایش پیدا کرد. بررسی عملکرد کاتالیست برای فرایند MTO در شرایط عملیاتی بهینه به‌دست آمده نیز نتایج شبیه‌سازی را تأیید کرد که نشانگر کاربردی بودن شبیه‌سازی و بهینه‌سازی انجام‌شده است.  

کلیدواژه‌ها

الفین؛ کاتالیست؛ شبیه‌سازی؛ بهینه‌سازی؛ HZSM-5

مراجع

[1] Tian, P.; Wei, Y.; Ye, M.; Liu, Z.; ACS Catalysis 5, 1922-1938, 2015.
[2] Rostamizadeh, M.; Taeb, A.; Journal of Industrial and Engineering Chemistry 27, 297-306, 2015.
[3] Wang, Y.; Ma, J.; Ren, F; Du, J.; Li, R.; Microporous and Mesoporous Materials 240, 22-30, 2017.
[4] Sedighi, M.; Ghasemi, M.; Sadeqzadeh, M.; Hadi, M.; Powder Technology 291, 131-139, 2016.
[5] Wei, R.; Li, C.; Yang, C., Shan, H., Journal of Natural Gas Chemistry, 20, 261-265, 2011.
[6] Rostamizadeh, M.; Yaripour, F.; Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 71, 454-463, 2017.
[7] Freiding, J.; Kraushaar-Czarnetzki, B.; Applied Catalysis A: General 391, 254-260, 2011.
[8] Sun, C.; Du, J.; Liu, J.; Yang, Y.; Ren, N.; Shen, W.; Xu, H.; Tang, Y.; Chemical Communications 46, 2671-2673, 2010.
[9] Rostamizadeh, M.; Taeb, A.; Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry 46, 665-671, 2016.
[10] Rostami, R.B.; Lemraski, A.S.; Ghavipour, M.; Behbahani, R.M.; Shahraki, B.H.; Hamule, T.;, Chemical Engineering Research and Design 106, 347-355, 2016.
[11] Sedighi, M.; Bahrami, H.; Towfighi, J.; Journal of Industrial and Engineering Chemistry 20, 3108-3114, 2014.
[12] Hadi, N.; Niaei, A.; Nabavi, S.R.; Farzi, A.; Shirazi, M.N.; Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 28, 53-63, 2014.
[13] Chen, L.; Zhu, S.Y.; Wang, Y.M.; He, M.Y.; New Journal of Chemistry 34, 2328-2334, 2010.
[14] Rostamizadeh, M.; Yaripour, F.; Fuel 181, 537-546, 2016.
[15] Gil, B.; Mokrzycki, Ł.; Sulikowski, B.; Olejniczak, Z.; Walas, S.; Catalysis Today 152, 24-32, 2010.
[16] O'Malley, A.J.; Parker, S.F.; Chutia, A.; Farrow, M.R.; Silverwood, I.P; Garcia-Sakai, V.; Catlow, C.R.A.; Chemical Communications 52, 2897-2900, 2016.
[17] Campbell, S.M.; Jiang, X.Z.;Howe, R.F.; Microporous and Mesoporous Materials 29, 91-108, 1999.
[18] Phung, T.K.; Radikapratama, R.; Garbarino, G.; Lagazzo, A.; Riani, P.; Busca, G.; Fuel Processing Technology 137, 290-297, 2015.
[19] Yaripour, F.; Shariatinia, Z.; Sahebdelfar, S.; Irandoukht, A.; Microporous and Mesoporous Materials 203, 41-53, 2015.
[20] Hosseininejad, S.; Afacan, A.; Hayes, R.E.; Chemical Engineering Research and Design 90, 825-833, 2012.
[21] Xu, A.; Ma, H.; Zhang, H.;Ying, W.; Fang, D.; Polish Journal of Chemical Technology 15, 95-101, 2013.
[22] Bleken, F.L.; Barbera, K.; Bonino, F.; Olsbye, U.; Lillerud, K.P.; Bordiga, S.; Beato, P.; Janssens, T.V.W.; Svelle, S.; Journal of Catalysis 307, 62-73, 2013.
[23] Bjorgen, M.; Svelle, S.; Joensen, F.; Nerlov, J.; Kolboe, S.; Bonino, F.; Palumbo, L.; Bordiga, S.; Olsbye, U.; Journal of Catalysis 249, 195-207, 2007.
[24] Svelle, S.; Olsbye, U.; Joensen, F.; Bjørgen, M.; The Journal of Physical Chemistry C 111, 17981-17984, 2007.
[25] Gayubo, A.G.; Aguayo, A.T.; Alonso, A.; Atutxa, A.; Bilbao, J.; Catalysis Today 106, 112-117, 2005.
[26] Soltanali, S.; Halladj, R.; Rashidi, A.M.; Bazmi, M.; Bahadoran, F.; Chemical Engineering Research and Design 106, 33-42, 2016.
[27] Ying, L.; Yuan, X.; Ye, M.; Cheng, Y.; Li, X.; Liu, Z; Chemical Engineering Research and Design 100, 179-191, 2015.