در این رساله، واکنش شیمیایی بین گاز متان و ترکیبات سولفات باریم، سولفات استرونسیم، اکسید نیکل و دی اکسید تیتانیم مورد مطالعه قرار گرفته است. کارهای آزمایشگاهی و محاسبات ترمودینامیکی نشان می دهند که سولفات باریم(baso4) در واکنش شیمیایی با گاز متان به سولفید باریم (bas) احیاء می گردد که این ترکیب خوراک اصلی در تولید تمام ترکیبات مربوط به باریم می باشد. همچنین مشخص گردید که در این مورد اکسید روی اثر کاتالیستی قابل ملاحظه ای بر واکنش دارد برای مثال در دمای 950 درجه سانتی گراد اضافه کردن 2 درصد اکسید روی سرعت واکنش را بیش از 5/8 برابر زیاد می کند؛ با کاربرد کاتالیست اکسید روی دمای واکنش احیاء با متان در حدود 200 نسبت به روش احیاء با کک(روش black ash) کاهش می یابد. همچنین در واکنش شیمیایی بین گاز متان و سلستیت(سولفات استرونسیم (srso4) )، محصول جامد سولفید استرونسیم (srs) می باشد که این ترکیب نیز خوراک اصلی در تولید تمام ترکیبات وابسته به استرونسیم می باشد. با کاربرد متان دمای واکنش احیاء ترکیب سلستیت حدود 300 درجه سانتی گراد نسبت به روش معمول black ash کاهش می یابد. همچنین محصول واکنش بین گاز متان و اکسید نیکل ، نیکل فلزی است. دمای واکنش احیای اکسید نیکل با متان، در حدود350 درجه سانتی گراد کمتر از روش احیاء با کک می باشد. واکنش شیمیایی بین گاز متان و هیدروژن و دی اکسید تیتانیم(رتیل) (tio2) سبب تولید کاربید تیتانیم (tic) گردیده در صورتیکه واکنش شیمیایی بین گاز متان، هیدروژن و نیتروژن سبب تولید نیترید تیتانیم (tin) گردد؛ در واکنش احیاء و نیتریداسیون دی اکسید تیتانیم نقش اصلی و خیلی مهم هیدروژن جلوگیری از شکست حرارتی متان و نشست کربن روی سطح اکسیدی در دماهای بالا می باشد. به کمک روشهای ترموگراویمتری و آنالیز گازی کلیه پارامترهای سینتیکی واکنش ها محاسبه شدند و با کاربرد مدلهای مناسب مربوطه، نتایج آزمایشگاهی مورد تجزیه- تحلیل قرار گرفت. مدلسازی ریاضی واکنشها توافق خوبی را بین داده های آزمایشگاهی و نتایج مدل نشان دادند.

سورفکتنت ها یا مواد فعال سطحی یکی از پرمصرف ترین مواد به کار رفته در صنایع مختلف می باشند. امروزه به کمک تکنولوژی زیستی گروه جدیدی از مواد با خاصیت سورفکتانتی معرفی شده اند که از موجودات زنده بویژه میکروارگانیسم ها بدست می آیند، از معروفترین بیوسورفکتانت ها شناخته شده ، رامنولیپید می باشد. رامنولیپید یک نوع گلیکولیپید می باشد، که به وسیله باکتری pseudomonas aeruginosa (mm1011) تولید می شود در این تحقیق از محیط کشت تلقیح شده حاوی رامنولیپید (rhamnolipid) به عنوان امولسیفایر در پایداری سازی امولسیون روغن (روغن موتور پایه 3 بهران) در آب استفاده شده است. خاصیت بیوسورفکتانت بودن رامنولیپید به وسیله آزمایشات همولیز خون گوسفند و کاهش کشش سطحی نفت خام (امولسیفیکاسیون نفت خام) اندازه گیری شده است. آزمایشات با استفاده از روش طراحی آزمایشات تاگوجی انجام شده است، این آزمایشات در سه فاکتور و در سه سطح انجام گرفته است، برای امولسیون و نانو امولسیون تهیه شده، موارد زیر انجام گرفته است : 1- کشش سطحی 2- امولسیفیکاسیون نفت خام و روغن 3- توزیع اندازه ذرات 4- اندازه گیری پایداری 5- عکس برداری از نمونه ها بیشترین مقدار امولسیفیکاسیون نفت خام و روغن در آزمایشاتی که به وسیله هموژنایزرهای التراسونیک و فشار بالا با مدت زمان مخلوط کردن 8 دقیقه تهیه شده است به دست آمده است. کمترین قطر متوسط ذرات در حالتی که هموژنایزر التراسونیک با مدت زمان مخلوط کردن 8 دقیقه و نسبت محیط کشت تلقیح شده به روغن 1:1، 3، 217 نانومتر به دست آمده است. کمترین مقدار کشش سطحی در حالتی که هموژنایزر التراسونیک با مدت زمان مخلوط کردن 8 دقیقه و نسبت محیط کشت تلقیح شده به روغن 1:1، 29/4 dyn/cm به دست آمد.

دومدل برای شبیه سازی رفتار راکتور احیاء اکسیدآهن معرفی شده و معادلات آن ها و نحوه حل آن ها با استفاده از روش رانگ-کوتا بیان گردید. به همین منظور در این پروژه سعی شده است تا نرم افزاری طراحی شود که قابلیت شبیه سازی کوره احیاء اکسید آهن به وسیله این دو مدل را داشته باشد برای این نرم افزار رابط گرافیکی طراحی شده است تا کاربر به راحتی بتواند خواص و داده های مورد نیاز برای مدل انتخابی را وارد کند، و پس از پردازش این داده ها نرم افزار و حل مدل ها بوسیله آن خروجی که شامل میزان تبدیل اکسیدآهن تغییرات دمای گاز و جامد و تغییرات ترکیب درصد گاز در طول راکتور است را مشاهده کند.با استفاده از این نرم افزار همچنین می توان اثر پارامترهای عملیاتی مانند دمای گاز و جامد، ترکیب درصد و دبی گاز، دبی جامد، مشخصات گندله اکید آهن، طول و قطر راکتور را با استفاده از هر دو مدل هسته عمل نکرده کوچک شونده و مدل دانه ای با مقاومت لایه محصول بررسی کرد.ورودی های این نرم افزار شامل دمای گاز و جامد ورودی، دبی گاز و جامد، ترکیب درصد گاز ورودی، قطر و تخلخل گندله ورودی قطر و طول راکتور می باشد.

در بین مراحل مختلف فرآیند ازدیاد برداشت میکروبی از چاههای نفت (meor) یکی از مهمترین قسمتها مرحله انجام فرایندهای متابولیکی و تولید محصولات بیولوژیکی می باشد. در حین فرایندهای متابولیکی در meor .محصولات متنوعی تولید می شود که هر یک از آنها به نحوی در افزایش راندمان بازیابی نفت موثرند. در این مطالعه توان مکیروارگانیسم های تولید کننده بیوسورفکتانت بررسی شد. نمونه ها از چاههای نفت بی بی ، مسیری پایداری و ایلام جمع آوری شدند و به پژوهشکده بیوتکنولوزی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران انتقال یافت 45 سویه با همکاری در پژوهشکده بیوتکنولوژی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایارن انتقال یافت 45 سویه با همکاری در پژوهشکده بیوتکنولوژی سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایارن جداسازی و از میان سویه های جدا شده سویه های شماره 54 و 30 بهترین تولید را نشان داد سپس سویه psuedomontas aeruginosa mm1011بعنوان استاندارد از کلکسیون میکروبی سازنان پژوهشهای علمی و صنعتی ایرن (مجتمع عصر انقلاب) همراه با 3 سویه دیگر مورد بررسی بیشتر و تولید ببوسورفکانت در شرایط آزمایشگاهی، فرمانتور آزمایش تحلیل و بهینه سازی قرار گرفت. پس از انجام بررسی های لازم بهترین سویه سویه شماره 4 بود در این سویه اختلاف کاهش کشش سطحی مایع کامل محیط کشت آزمایش (محیط 3m) کنترل برابر با 24mn/mبود بهترین منبع کربن برای این سویه بعد از گلوگز و ساکاروز، به ترتیب : ملاس، گلیسرول می باشد و بهترین منبع نیتروژن بعد از(nh2)2so2و nanoو عصاره مخمر است. این سویه قادر به تحمل طیف وسیع ph از 2/4 تا 2/9 بوده و دمای مناسب برای سویه 30 تا 40 درجه سانتیگراد تعیین شد. سپس شرایط بهینه رشد باکتری سودرموناس ائروجیینوزا به منظور تولید رامنولیید در هر چهار سویه بررسی شد که بدین منظور از محیط نمکهای معدنی 3m حاوی گلوکز ملاس و lindhardاستفاده گردید. در این آزمایش ها عوامل مختلف با روش تاگوچی مورد بررسی قرار گرفتند. در آزمایش های مورد نظر در سه سطح پارامترهای ph و نسبتc/n=24,28,32:c/n ، با میزان هوادهی ثابت200rpm در مقیاس آزمایشگاهی بررسی شد. برای انجام این آزمایش ها توانایی امولسیون کنندگی نفت خام، توسط رامنولیپید حاصله اندازه گیری شد. براساس نتایج بدست آمده بهترین شرایط حاصله جهت تولید محصول رامنولیپید با محیط حاویlindhard در شرایط آزمایشگاهی به میزان 8/8 گرم در لیتر رامنولیپید و توانایی امولسیفیکاسیون نفت خام 88 درصد و میزان وزن خشک سلولی 2/2 گرم در لیتر می باشد لذا از محیط مورد نظر جهت تولید در فرمانتور استفاده شد و در این حالت پارامترهای دور همزن نسبت c/nو میزان هوادهی بهینه شد و بیشترین میزان تولید رامنولپید 2/14 گرم در لیتر با درصد توانائی امولسیفیکاسیون نفت خام 2/98 و وزن خشک سلولی 4/3 گرم در لیتر حاصل گردید. سپس تاثیر بیوسورفکانت بر افزایش برداشت در ستون ماسه سنگ (sand pack) و مغزه core گرفته شده از چاههای نفت مورد بررسی قرار گرفت و بیشترین میزان نفت بازیافت شده در ماسه سنگ زمانی که این سیستم اشباع از نفت خام می باشد برابر 6/23 درصد و بیشترین میزان نفت بازیافت شده در مغزه زمانی که این سیستم اشیاع از نفت خام می باشد برابر 42 درصد حاصل گردید.