بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی سینتیکی فیشر- تروپش با سنتز کاتالیست نانوساختار هسته-پوسته کبالت- روتنیوم

هدف اصلی این تحقیق، سنتر کاتالیست¬های co@ru/γ-al2o3 با ساختار هسته- پوسته به منظور بهبود عملکرد فرایند فیشر- تروپش بود. در راستای دستیابی به کاتالیست¬های با ساختار هسته- پوسته، روش احیا پی در پی کبالت و روتنیوم بر پایه گاما آلومینا در دمای سنتز c˚240 انتخاب شد. 5 نوع کاتالیست با ساختار هسته- پوسته در نسبت¬های مختلف کبالت به روتنیوم (از 9 به ۱) با استفاده از این روش سنتز شدند و به منظور مشخصه¬یابی این کاتالیست¬ها، آزمون¬های icp، xrd، ftir، tpr، xps، edx، hrtem، bet استفاده شدند. نتایج آزمون¬های مشخصه¬یابی تشکیل ساختار هسته- پوسته را تائید کردند و نشان دادند که درصد بالایی از هسته شامل اکسید کبالت، در حالی که پوسته غنی از اکسید روتنیوم است. عملکرد کاتالیست¬های سنتز شده در واکنش fts نشان داد که درصد تبدیل منوکسیدکربن برای کاتالیست¬های co@ru/γ-al2o3 در مقایسه با کاتالیست¬های co/γ-al2o3 و ru/γ-al2o3 رشد چشمگیری به ترتیب در حدود 3 و 75/1 برابری داشت و برای گزینش¬پذیری متان و c5+ به ترتیب 100% کاهش و 100% افزایش مشاهده شد. نتایج نشان داد که مناسب¬ترین عملکرد در واکنش fts با استفاده از کاتالیست کبالت- روتنیوم با ساختار هسته- پوسته در نسبت ۷۰/۳۰ به دست آمد. تاثیر چهار متغیر فرایندی دما، فشار، سرعت فضایی گاز سنتز و نسبت هیدروژن به منوکسیدکربن در محدوده c˚2۲0-۲۴۰، bar ۲5-15، h-1۲۳00-900 و ۱-۲ روی درصد تبدیل منوکسیدکربن، گزینش¬پذیری متان و c5+ با استفاده از روش طرح آماری سطح پاسخ، تکنیک باکس- بنکن مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که برای درصد تبدیل منوکسیدکربن، گزینش¬پذیری متان و c5+ به ترتیب دما به همراه فشار و سرعت فضایی گاز سنتز، دما به همراه سرعت فضایی گاز سنتز و فشار به همراه نسبت هیدروژن به منوکسیدکربن موثرترین پارامترهای عملیاتی بودند. همچنین فرایند بهینه¬سازی برای رسیدن به شرایط بهینه انجام شد و نتایج نشان داد که این شرایط در °c۲۲۰، bar۲۵، h-1۲۱۹۰/۵ و نسبت هیدروژن به منوکسیدکربن 2 صورت می¬گیرد. مقادیر درصد تبدیل منوکسیدکربن، گزینش¬پذیری متان و c5+ در شرایط بهینه به ترتیب برابر با ۷۳/۳۷ %، ۴/۹۴ % و ۸۸/۳۶ % می¬باشند، که انحراف کمی با داده¬های تجربی داشتند. یک مدل جامع سینتیکی بر مبنای مکانیسم¬های آلکیل و آلکنیل و با توجه به فرضیات در نظر گرفته شده، توسعه داده شد. تحلیل آماری نشان داد که پارامترهای تعیین شده مدل سینتیکی از نظر آماری معنی دار هستند. نتایج نشان داد که مدل جامع سینتیکی پیشنهادی توانایی خوبی در پیش بینی داده¬های تجربی داشت، همچنین استفاده از مکانیسم آلکنیل به همراه آلکیل به افزایش هم-پوشانی داده¬های تجربی و محاسبه شده کمک نمود.