بررسی اثر پارامترهای عملیاتی موثر در شکل دهی بر استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی پایه های نانوکاتالیستی گاما-آلومینا

یکی از مشکلات اساسی در صنایع پتروشیمی و پالایشگاه ، کاهش مقاومت و شکست مکانیکی ناشی از خرد شدن کاتالیست ها در بسیاری از فرآیندهای همراه با واکنش های شیمیایی کاتالیستی است. بسته به نوع راکتور و واکنش با یک کاتالیست صنعتی ممکن است در طول عملیات و عمر خود تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله تنش های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی درون راکتور خرد شده و غیر فعال گردد. سطح ویژه بالای کاتالیست بسته به توزیع اندازه حفره ها درون آن نقش به سزایی در پیشرفت واکنش با راندمان مناسب دارد. از طرفی دیگر عامل سطح ویژه بالا و یا حفره ها زیاد در تضاد با مقاومت مکانیکی مطلوب کاتالیست است. لذا ساخت کاتالیست مناسب با استحکام و طول عمر بالا چالشی است که هنوز راهکاری اساسی برای آن پیشنهاد نشده و لازم است که مطالعات بیشتری در این خصوص صورت پذیرد. انجام تحقیقات در شکل دهی کاتالیست و بررسی عوامل موثر بر آن، با تمرکز بر استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی می تواند نقش به سزایی بر افزایش کیفیت عملکرد کاتالیست درون راکتور داشته باشد. در این پژوهش شکل دهی پایه کاتالیست حاصل از ذرات جامد گاما-آلومینا در مقیاس نانو به روش قرص سازی و تأثیر عوامل موثر بر استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی آنها مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشات برای انجام این پروژه با نرم افزار روش پاسخ سطحی، طراحی شده است. تأثیر پارامترهای عملیاتی مانند غلظت پیوند دهنده، فشار اعمالی دستگاه پرس، دمای کلسیناسیون و روش خشک کردن بر مقاومت مکانیکی پایه کاتالیست بررسی شده است. همچنین تأثیر این پارامترها بر پایداری حرارتی کاتالیست، با انجام آزمایشات شوک حرارتی و مقایسه استحکام مکانیکی در دو حالت بدون شوک حرارتی و تحت شوک حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آزمایشات انجام گرفته نشان می دهد که در شکل دهی کاتالیست ها، غلظت پیوند دهنده و فشار اعمالی دستگاه پرس بیشترین اثر را بر استحکام خرد شدن و مقاومت در برابر شوک حرارتی کاتالیست دارد. بطوریکه پایه شکل-دهی شده در فشار 75 بار، غلظت پیوند دهنده 20 درصد، دمای کلسیناسیون 466 درجه سانتیگراد و روش خشک کردن آهسته بیشترین استحکام مکانیکی را داشته، در حالیکه در برابر شوک حرارتی پایداری مناسبی از خود نشان نمی دهد. این مطالعه همچنین نشان می دهد که افزایش غلظت پیوند دهنده باعث کاهش استحکام خرد شدن و افت کمتر استحکام در برابر شوک حرارتی گردیده است.