دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی شیمی ، نفت و گاز

مهندس مرتضی مافی ، دانشجوی دوره دکتری مهندسی‌شیمی ، 31 خرداد ماه 1396، از رساله خود با عنوان «حذف ترکیبات گوگردی از مایعات هیدروکربوری به کمک مایعات یونی » با راهنمایی دکتر محمد رضا دهقانی دفاع نمودند.

چکیده

عمده مشکل در فرایندهای گوگردزدایی عمیق،وجود ترکیبات حلقوی تیوفنی در سوخت است. ترکیبات تیوفنی غالباً در فرایند سولفورزدایی هیدروژنی شرکت نمی­نمایند و یا در شرایط عملیاتی بسیار سخت حذف می­شوند. روشهای مختلفی برای استخراج و حذف آنها توسعه یافته اند. یکی از این روشها،استفاده از مایعات یونی است. خواص منحصر بفرد مایعات یونی در مقایسه با سایر حلالها به سبب ترکیب آنیونها و کاتیونهای خاص ایجاد می­شود و امکان استفاده از آنها بجای حلال های معمول را فراهم می­کند. با طرحی جامع و انتخاب مناسب اجزای فرایند، جداسازی مشتقات تیوفنی (تیوفن، بنزوتیوفن و دی بنزوتیوفن) از مدل سوختی بمانند نرمال هگزان، نرمال اکتان،نرمال دکان، مدل سوختی نفتا و سوخت نفت سفید با استفاده از مایعات یونی بر پایه ایمیدازولیوم و پیریدینیوم و آنیونهای سازگار با محیط زیست بمانند نیترات[NO₃]و تیوسیانات[SCN]مورد مطالعه قرارگرفت. بر این اساس و به عنوان اولین گام، داده­های تعادلی مایع- مایع برای سیستم­های سه جزئی (عامل گوگردی + مدل سوختی + مایع یونی) بصورت آزمایشگاهی بدست آمد. فاکتورهای انتخاب­پذیری و ضریب توزیع­پذیری با استفاده از نتایج آزمایشگاهی محاسبه شده و نتایج بدست آمده با نتایج سایر مایعات یونی مقایسه شدند. تحقیقات نشان داد صرف نظر از نوع کاتیون و آنیون، با کوچک شدن جرم مولکولی کاتیون مایعات یونی، انتخاب­پذیری افزایش و ضریب توزیع­ پذیری کاهش پیدا می­کند. از آنجاییکه مایعات یونی از قابلیت بازیافت متعدد برخوردار هستند لذا از منظر کاربردی، پارامتر انتخاب­پذیری از درجه اهمیت بیشتری برخوردار است و مایعات یونی با کاتیونهایی با طول زنجیر آلکیلی کوتاهتر، ارجحتر هستند. علاوه بر این هرچه طول زنجیر الکیلی مدل سوختی بیشتر باشد، انتخاب­پذیری افزونتر و میزان حلالیت مدل سوختی در مایعات یونی کمتر می­گردد و شرایط برای یک فرایند اقتصادی فراهم­تر می­شود. نتایج نشان می­دهد که دما تاثیر چندانی برروی فرایند سولفورزدایی نداشته و دمای بهینه برای انجام فرایند سولفورزدایی دمای محیط می باشد که از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی نیز مناسب است. تمامی داده­های تعادلی بدست آمده با مدل ترمودینامیکی NRTL مورد برازش قرار گرفتند. بهترین نتیجه برای مایع یونی [BMIM][SCN] و مدل سوختی نرمال دکان بدست آمد. با تعیین مایع یونی برتر و مدل سوختی مناسب، با روش کاملاً مجزا و با آزمایشات جامع فرایندی، ترتیب قدرت حذف ترکیبات تیوفنی در مدل سوختی و سوخت واقعی بصورت، تیوفن<بنزوتیوفن< دی بنزوتیوفن بدست آمد. در سولفورزدایی استخراجی با مایع یونی برتر، تغییر ترکیب درصد اجزای غیرگوگردی در مدل سوختی نفتا بسیار ناچیز بود و از انتخاب پذیری مطلوب این مایع یونی حکایت دارد. آزمایشات برای سوخت واقعی نفت سفید نیز تکرار شد و نتایج مشابه از لحاظ ترتیب جدایش ترکیبات گوگردی و انتخاب پذیری بالای مایع یونی در عدم حلالیت ترکیبات غیر گوگردی در فاز غنی از مایع یونی، بدست آمد. با نسبت وزنی بهینه سوخت به مایع یونی 1:1 و با سه مرحله جداسازی، حذف 90% از سخت­ترین ترکیب سولفوری تیوفنی بدست آمد. فرایند سولفورزدایی استخراجی – اکسایشی با مایع یونی برتر مورد ارزیابی قرارگرفت و نشان از نامناسب بودن آن برای این فرایند است.

واژه‌های کلیدی:مایعات یونی، سولفورزدایی استخراجی، سوخت، مشتقات تیوفنی و مدل ترمودینامیکی