تعیین معادلات ماکرو میکرو سینتیکی بر مبنای داده های آزمایشگاهی در تبدیل گاز سنتز به اولفینهای سبک بر روی کاتالیستهای آهن-کبالت

سنتز فیشر تروپش فرایند کاتالیستی غیر همگن مهمی است که در آن مخلوط گاز مونوکسید کربن و هیدروژن موسوم به گاز سنتز به طیف گسترده ای از محصولات هیدروکربنی و اکسیژن دار تبدیل می شود . این سنتز هم از دیدگاه مدلسازی سینتیکی و هم از منظر شناخت مسیرهای مصرف واکنشگرها و تولید محصول مورد توجه بوده است. در این تحقیق توسعه مدلهای سینتیکی مکانیسمی و مدلهای آماری برای این واکنش بر روی کاتالیستهای دو فلزی آهن-کبالت و سه فلزی آهن-کبالت-منگنز که به روش تلقیح مرطوب بر روی پایه منیزیم تهیه شده اند مورد مطالعه قرار گرفته است. داده های تجربی در راکتور کاتالیستی بستر ثابت تحت شرایط دیفرانسیل و در شرایط عاری از محدودیتهای انتقال جرم بیرونی و درون ذره ای گردآوری شده اند. ترکیب عناصر در کاتالیست های ساخته شده به کمک آزمونهای xrd و یا eds شناسایی شد. همچنین ساختار و بافت کاتالیستها به کمک آزمونهای bet و sem تعیین گردید. برای گردآوری داده های سینتیکی بر روی کاتالیست آهن-کبالت از طرح آزمایش استاندارد متدولوژی پاسخ سطح استفاده گردید. همچنین از مدلهای آماری پاسخ سطح و شبکه های عصبی مصنوعی برای توصیف نحوه وابستگی درجه تبدیل گاز سنتز و انتخاب پذیری محصولات به متغیرهای فرایندی راکتور استفاده شده است. یک رویکرد جدید موسوم به doe/ann که ترکیبی از طرح آزمایش و شبکه های عصبی مصنوعی است برای تخمین موثر ضرایب معادله سرعت نوع لانگمویرهانشلوود استفاده گردید. توسعه معادلات سرعت برای مصرف گاز سنتز و نیز تولید محصول بر مبنای مکانیسم قابل اعتماد موضوع پرچالش در سنتز ft می باشد. در این تحقیق یک رویکرد نوین برای توسعه معادلات سرعت نوع lhhw برای مصرف گاز سنتز و تولید متان، الفین و پارافین آدرس داده شده است که در آن انرژی فعالیت ظاهری تخمین زده شده در معادلات مکانیسمی با انرژی فعالیت ذاتی واکنش های ابتدایی شرکت کننده در مکانیسم پیشنهادی در ارتباط می باشند. از تئوری و روابط ubi_qep برای محاسبه انرژی های فعالیت واکنش های ابتدایی استفاده شده است. مشاهده شد معادله سرعت نوع yates-satterfield به خوبی از عهده برازش داده های تجربی و نیز تائید معیار جدید lhhw/ubi-qep بر می آید. همچنین یک معادله مکانیسمی بر اساس دو مرحله کنترل کننده سرعت به خوبی قادر به برازش داده های تجربی و برقراری ارتباط با مشاهدات میکروسینتیک می باشد. با اعمال فرضیات ساده کننده و با عنایت به پیروی محصولات از asf ایده ال رویکرد ترکیبی ubi-qep /lhhw برای توسعه مدلهای مکانیسمی برای تولید محصول به طور موفقیت آمیزی بسط داده شد. مشاهده شد که سرعت تولید متان و آلکانها با توان سوم فشار جزئی هیدروژن و توان اول فشار جزئی مونوکسید کربن و سرعت تولید آلکن با توان دوم فشار جزئی هیدروژن و توان اول فشار جزئی مونوکسید کربن ارتباط دارد. با توسعه نرم افزاری مناسب و ترکیب آن با الگوریتم ژنتیک، انرژی اتصال کربن، اکسیژن و هیدروژن به کاتالیست آهن-کبالت پایه منیزیم تخمین زده شد و انرژی فعالیت همه واکنشهای ابتدایی شرکت کننده در مکانیسم ماورای معادلات سرعت محاسبه گردید. رویکرد فوق برای کاتالیست سه فلزی fe-co-mn پایه mgo به طور موفقیت آمیزی بسط داده شد و معادلات سینتیکی مشابه با ضرایب متفاوت بر روی این کاتالیست توسعه داده شد. از دیدگاه مکانیسمی می توان گفت با عنایت به مطالعه سینتیکی انجام شده شکست مونوکسید کربن جذب سطحی شده به کمک هیدروژن سطحی از طریق حد واسط فرمیل cho* و تبدیل به متیلن سطحی و اکسیژن محتملترین مسیر برای مصرف مواد بر روی سطح کاتالیستهای مورد مطالعه در این تحقیق می باشد. رشد زنجیر از طریق اتصال گروههای متیلن سطحی اتفاق می افتد. متان و آلکانهای دیگر از طریق هیدروژناسیون قطعات حد واسط و آلکنها از طریق دفع مستقیم قطعات سطحی تولید میشوند. همچنین نتایج این تحقیق نشان می دهد که بخشی از متیلن سطحی می تواند از طریق هیدروژناسیون متوالی کربن سطحی حاصل از شکست مستقیم مونوکسید کربن جذب سطحی شده نیز تولید گردد. همچنین مطالعات سینتیکی حاکی از آنست که مونوکسید کربن سطحی بیشترین غلظت روی سطح کاتالیستها را داشته و اصطلاحا" mari است. به مدلهای توسعه یافته بر این اساس اصطلاحا" مدلهای سینتیکی نوع lhhw ماکرو میکرو اطلاق شده است زیرا علاوه بر بیان ماکرو یعنی نحوه وابستگی سرعتها به فشار جزئی ها و دما، اتصالی به مشاهدات میکرو داشته و با انرژی فعالیت واکنشهای ابتدایی سازنده در ارتباط می باشد. با این نگرش نوین می توان مدلهای سینتیکی قابل اطمینان تر برای سنتز ft توسعه داد.