مدلسازی سینتیکی واکنش سنتز فیشر- تروپش بر روی کاتالیست آهن- منگنز در راکتور بستر ثابت

چکیده: با توجه به کاهش ذخائر نفتی جهان و وجود منابع عظیم گاز طبیعی سبب شده است تا استفاده بهینه از گاز طبیعی ضروری باشد. سنتز فیشر-تروپش فرآیندی است که طی آن گاز سنتز (مخلوط مونوکسید کربن و هیدروژن) حاصل از گاز طبیعی یا زغال سنگ، به طیف وسیعی از هیدروکربن های سنگین تر تبدیل می گردد. در این مطالعه مکانیسم و سینتیک حاکم بر سنتز فیشر تروپش و همچنین گزینش پذیری و بازده محصولات بر روی کاتالیست آهن-منگنز تهیه شده به روش سل-ژل مورد بررسی قرار گرفته است و بهترین معادله سرعت ذاتی و در نتیجه مکانیسم، برای واکنش هیدروژناسیون مونوکسید کربن بدست آمده است. آزمایش ها در میکرو راکتور دیفرانسیلی بستر ثابت در شرایط عدم کاهش فعالیت کاتالیست، درصد تبدیل های پایین و دما ثابت انجام شده است. مقاومت های انتقال جرم برون دانه ای و درون دانه ای به ترتیب با توجه به سرعت فضایی زیاد خوراک و ریز بودن دانه های کاتالیست قابل صرف نظر کردن بود. آزمایش ها با تغییر سه پارامتر عملیاتی دما، فشار و نسبت خوراک در محدوده های زیر اندازه گیری شد ( دما 380-280 درجه سانتی گراد، فشار 12-1 بار و نسبت خوراک (h2/co) در سه نسبت 1، 1.5 و 2 ). سرعت فضایی ثابت و برابر h-1 3600 در نظر گرفته شد. بر اساس دیدگاه مکانیسمی و تئوری جذب لانگمویر هیشنلوود- هوگن-واتسون، در واکنش های کاتالیستی معادله های سرعت مصرف شدن مونوکسید کربن توسط هفت مکانیسم کاربید و انول تعریف شد. این مکانیسم ها مجموعه ای از واکنش های ابتدایی پشت سر هم هستند که هر کدام با سرعت مربوط به خود پیشرفت می کنند با در نظر گرفتن هر یک از این مرحله ها به عنوان مرحله کنترل کننده سرعت موجود در واکنش کلی، 16 مدل سینتیکی ارائه شده است. بهترین مدل ها با استفاده از آنالیز رگرسیون غیر خطی و الگوریتم لونبرگ-مارکوات در نرم افزار پلی مث انجام شد که 4 مدل به عنوان مدل برتر که همگی بر اساس مکانیسم کاربید بودند بدست آمد و در نهایت یک مدل به عنوان بهترین مدل گزارش داده شد. از این مدل انرژی فعالیت و آنتالپی جذب به ترتیب برابر kj/mol 40= ea و kj/mol 2/30-= h? بدست آمد. در انتها گزینش پذیری و بازده محصولات شامل متان، اتان، اتیلن، پروپان، پروپیلن و c5+ بر حسب دما و در فشار و نسبت خوراک ثابت رسم شد.