دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز

مهندس یوسف زینالی، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، چهارم اردیبهشت ماه 1396، از رساله خود با عنوان «هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان جهت تولید پروپیلن در یک راکتور بستر سیال» با راهنمایی دکتر سید مهدی علوی دفاع نمودند.

چکیده

مطالعه ODH  پروپان بر روی کاتالیست وانادیا بر پایه آلومینا در محدوده­ی دمایی 340 تا °C630 و نسبت پروپان به اکسیژن 1/3 تا 3/1 با تغییر محتوای جزء فعال (7/2، 4/5، و 9 درصد وزنی) در یک سیستم راکتور بستر ثابت انجام شد. افزایش محتوای وانادیا میزان فعالیت کاتالیست را افزایش می­دهد در حالی که انتخاب­پذیری به پروپیلن را به طور یکنواخت کاهش می­دهد. با افزایش دما از 340 به °C630، میزان تبدیل به پروپیلن در تمام نمونه­های کاتالیستی رفتار صعودی نشان می دهد. الگوی تغییرات بازده پروپیلن با تغییر نسبت پروپان به  اکسیژن از 1/3 به 3/1 دارای یک نقطه بیشینه است و حداکثر بازده پروپیلن بر روی کاتالیست 7/2 درصد وزنی در دمای °C550 به میزان 18% ثبت شد.

با استفاده از مدل Mars van-Kerevelen و الگوریتم ژنتیک به عنوان موتور حل، پارامترهای سینتیکی تعیین و مشخص شد که پارامترهای سینتیکی در دماهای پایین و بالا متفاوت است در دماهای پایین مرحله کاهشی هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان مرحله غالب شبکه واکنش است در حالی که در دمای بالا واکنش اکسایشی سطح کاتالیست مرحله تعیین کننده شبکه واکنش­ها است.

بهترین کاتالیست مورد مطالعه (7/2 درصد وزنی) در یک راکتور بستر سیال با نسبت مولی برابر پروپان به اکسیژن، دماهای متفاوت از 480 به °C550، وGHSV های مختلف (48000، 60000، و cc/gr.hr 78000) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می­دهد که در یک دمای ثابت میزان تبدیل پروپان به­دست آمده در راکتورهای بستر ثابت بالاتر است. اما از نظر انتخاب­پذیری، راکتور بستر سیال نسبت به راکتور بستر ثابت بطور قابل توجهی بالاتر است که منجر به بازده بیشتر پروپیلن در راکتورهای بستر سیال شده است.

مدل دینامیک سیالات محاسباتی با دقت مناسبی قادر به تخمین حداقل سرعت سیالیت است. بر اساس مدل گرانولار توسعه یافته، حداقل سرعت سیالیت مطالعه و با مقدار تجربی به دست آمده مقایسه شد. مطالعه پدیده­های انتقال حرارت دوبعدی نشان می­دهد که در کمتر از 10 ثانیه شرایط همدمایی در داخل بستر شکل می­گیرد. این زمان در مدل سه بعدی حتی کمتر هم می­شود. نتایج مدل­سازی  واکنش در طول راکتور تطابق خوبی در پیش­بینی مقادیر درصد تبدیل و انتخاب­پذیری با مقادیر تجربی دارد.

کلمات کلیدی: هیدروژن­زدایی اکسایشی پروپان، وانادیا، گاما آلومینا، Mars van-Kerevelen، راکتور بستر سیال، اثر پیش­فیلتر.