پایان نامه با کلید واژه های زمان واکنش

. واضح است که سرعت همزن بالاتر باعث اطمینان از انتقال حرارت و توزیع بهتر و جلوگیری از تشکیل کک میشود. در فرآیند فوجی۱۶، مذاب در محفظهی پیرولیز همزده نمیشود، اما در عوض از طریق یک مخلوط کن گریز از مرکز به محل ذوب سیرکوله شده و دوباره باز میگردد. عموما در مخازن پیرولیزی CSTR از همزن با تیغه خمیده استفاده میشود [۵۱]. به طور کلی، فاصلهی بین همزن و دیوارهی راکتور ۹-۶ میلیمتر است تا حرارت به راحتی گسترش یابد.
پارامترهای فرآیندی مؤثر بر پدیده پیرولیز پلی الفین ها
پارامترهای فرآیندی مختلفی برروی فرآیند پیرولیز پلی الفینهای مختلف تأثیر دارندکه در ادامه به بررسی مهمترین آنها میپردازیم. بررسیها نشان داده که چند عامل نسبت به بقیه اثر بیشتری دارند. این عوامل به ترتیب دما،کاتالیست،گاز حامل و همزن در راکتورهای همزن دار هستند.
تأثیر دما برروی فرآیند پیرولیز
دما مهمترین پارامتر مؤثر بر فرآیند پیرولیز است زیرا اگر دمایی وجود نداشته باشد و حرارتدهی رخ ندهد عملا پیرولیزی رخ نخواهد داد. با بررسیهای بیشتر دیده شده که با افزایش دما، کاهش میزان محصول مایع را داریم. از نکات دیگر این که با افزایش دما واکنش های دیلز-آلدر و هیدروژنزدایی شدیدتر شده و میزان ترکیبات آروماتیک افزایش مییابد و در دماهای بالاتر به سمت تشکیل ککهای سنگین پیش میرود. ازطرف دیگر با افزایش دما سرعت انتقال حرارت افزایش یافته و فرآیند پیرولیز سریعتر رخ میدهد بنابراین زمان اقامت یا زمان واکنش کاهش مییابد. زمان واکنش از پارامترهای بسیار کلیدی در طراحی خط تولید پیرولیز و کاهش هزینهی تولید میباشد.
در دماهای بالاتر با افزایش دما به دلیل افزایش شکست زنجیرها درصد محصولات گازی افزایش مییابد. بررسیهای مختلف نشان داده است که میزان تبدیل با دما افزایش مییابد و با افزایش دما ترکیب درصد محصولات مایع و گازی تغییر میکند. لازم به ذکر است که با افزایش دمای پیرولیز، اثر کاتالیست بر روی پیرولیز کاهش مییابد. شکل ۲-۹ به بررسی اثر دما روی سرعت پیرولیز ترکیبی از پلاستیکهای پرمصرف با استفاده از کاتالیست FCC میپردازد [۵۲]. پارامتر Rgp معیاری از سرعت پیرولیز یا همان سرعت تولید محصول است.
شکل ‏۲-۹ مقایسه هیدروکربنهای حاصل از تخریب کاتالیستی ترکیب پلاستیکهای پرمصرف به عنوان تابعی از زمان در دماهای مختلف و با کاتالیست FCC[3].
با استفاده از کاتالیستها، انرژی فعالسازی برای شکست پلاستیکها و دمای مورد نیاز کاهش مییابد. دمای بالا، میتواند شکست زنجیرهای کربنی را تسریع بخشد و بازده بنزین و سرعت تبدیل پلاستیک به روغن سنگین را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.
دمای مورد نیاز بسته به نوع پلاستیک و ترکیب ساختار مطلوب برای محصول، متفاوت خواهد بود. در دمای بالاتر از۶۰۰ درجهی سانتیگراد، محصولات اساسا ترکیبی از گازهای سوختی نظیر ۲H، CH4 و هیدروکربنهای سبک هستند در حالیکه در ۶۰۰-۴۰۰ درجهی سانتیگراد، واکس و سوخت مایع تولید میشود. محصول مایع سوختی عمدتا از نفتا، روغن سنگین، بنزین، روغن دیزلی و نفت سفید تشکیل شده است. به طور کلی، پلیاتیلن و پلیپروپیلن با پیرولیز به روغن سوختی و گاز تبدیل میشوند درحالیکه پلیاستایرن بیشتر منومر استایرن و هیدروکربنهای سبک تولید میکند. اگر کاتالیست مناسبی مورد استفاده قرار گیرد، دمای شکست به ۳۰۰-۲۰۰ درجهی سانتیگراد کاهش یافته و از طرف دیگر بازده محصولات مایع افزایش مییابد.
تأثیر دما روی شکست حرارتی
با افزایش دما، بازده محصولات گازی و هیدروکربنهای سبک C3-C4)) افزایش یافته درحالیکه محصولات با تعداد کربن بالا C21-C30)) کاهش مییابند. طبق مطالعات پراکاش۱۷ با افزایش دما، زمان مورد نیاز برای رسیدن به بالاترین سرعت تبدیل پلاستیک به محصول هیدروکربنی، کاهش مییابد [۳۵]. البته با اینکه سرعت تبدیل پلاستیک افزایش یافته ولی محصول مایع سوختی به طور چشمگیری کاهش مییابد.کارادومن۱۸ اثر دما روی بازده محصولات پیرولیز پلیاتیلن را بررسی کرده است. طبق نتایج آن، بازده گاز به طور پیوسته با دما افزایش مییابد. بازده محصولات مایع و سرعت تبدیل کلی تا یک دمای خاص افزایش مییابد ولی بعد از این دما، به دلیل شکست جزئی محصولات روند نزولی خواهد داشت [۵۳-۵۴].
تأثیر دما روی شکست کاتالیستی
تأثیر دما روی شکست کاتالیستی پلاستیکهای مختلف توسط هوانی۱۹مورد تحقیق قرار گرفته است [۵۵]. با افزایش دما، ابتدا سرعت تبدیل افزایش یافته، اما سپس به تدریج کاهش مییابد تا سرانجام به یک مقدار ثابت میرسد. اما بازده بنزین بعد از یک دمای معین شروع به کاهش کرده و مقادیر زیادی کک و گاز تولید میشوند. دمای بهینه بسته به نوع پلاستیکها، متفاوت است. عموماً، گروههای استخلافی بزرگتر در زنجیر جانبی، سبب تخریب راحتتر پلاستیک میشوند. بنابراین ترتیب دمای مورد نیاز برای پیرولیز PP، PS وPVC بدین صورت است :
PSPPPVC
محصولات و شرایط اصلی پیرولیز PE، PP ، PSو PVC در جدول ۲-۴ خلاصه شدهاند [۵۵]:
جدول ‏۲-۴ محصولات و شرایط پیرولیز پلی الفینها.
پلیمر
محدودهی دمایی (درجهی سانتیگراد)
کاتالیست
محصول
پلیاتیلن
۱۴۰-۱۲۰
۵۰۰-۳۵۰
۴۵۰-۳۵۰
۶۵۰-۴۰۰
O2
H2 , ZnCl2
Al2O3. SiO2
Silica-alumina
اکسید الفین
گازوئیل با RON بالا
مایع سوختی
ایزوبوتن
پلیپروپیلن
۳۸۰-۳۲۰
۲۰۰
Y-molecular sieve
Cu
گازوئیل و سوخت دیزلی
اتیلن کلراید
پلی وینیل کلراید
۳۵۰
۵۰۰-۴۰۰
Phosphoric acid , sodium silicate
AlCl3 , ZrCl4 ,etc.
آروماتیکها
گازوئیل و سوخت دیزلی
پلیاستایرن
۴۵۰-۴۰۰
Solid acid , solid base , transition metal oxide
منومر استایرن
پارامتر Rgp معیاری از سرعت پیرولیز یا همان سرعت تولید محصول است (رابطه ۲-۲). همانطور که در شکل ۲-۹ میبینیم با افزایش دما سرعت پیرولیز افزایش یافته و نمودار شیب تندتری نسبت به زمان دارد. بیشترین سرعت پیرولیز در زمانهای بسیار کوتاه یعنی در همان زمانهای ابتدایی رخ میدهد و بعد از گذشت مدت زمانی، سرعت پیرولیز کاهش مییابد زیرا محصولی وجود ندارد که خارج گردد. با کاهش دما، تخریب در زمانهای طولانیتری تکمیل میشود.
رابطه ۲-۲ R_gp=((gr?min)دور هر در هیدروکربن تولید سرعت)/((gr)ها دوره همه طی در هیدروکربن تولید کل)×۱۰۰
درشکل ۲-۱۰ اثر دما بر روی ترکیب محصول حاصل از تخریب پلی اتیلن سنگین، بررسی شده است.
شکل ‏۲-۱۰ تأثیر دما بر روی ترکیب درصد محصولات پیرولیزپلی اتیلن سنگین[۳].
در دماهای پایینتر، تولید هیدروکربنهایی با جرم مولکولی بالا بیشتر است. با افزایش دما، محصولات به سمت مایع شدن (روغن) پیش میروند. سپس به سمت محصولات گسترهی بنزین پیش رفته و با ادامهی این روند تولید آروماتیکها شروع می شود. زمانی که دما از ۷۰۰ درجهی سانتیگراد بیشتر می شود، به سمت تولید ترکیبات هیدروکربنی با جرم مولکولی پایین میرویم.
تأثیر کاتالیست برروی فرآیند پیرولیز
کاتالیست های FCC در مقیاس صنعتی در صنعت پالایش نفت به کار گرفته شدهاند و اساسا برای شکست اجزای نفت سنگین حاصل از نفت خام، به بنزین سبکتر ومطلوبتر توسعه یافتهاند. کاتالیست FCC از بلورهای زئولیتی و یک ماتریس اسیدی غیر زئولیتی (معمولا سیلیکا آلومینا و یک اتصال دهنده) تشکیل شده است. طی چهل سال اخیر زئولیت Y، به علت انتخابپذیری محصولات و پایداری حرارتی بالا، جزء ابتدایی کاتالیستهای FCC بوده است.
این کاتالیست دارای توزیع خلل و فرج دوقلهای۲۰ بوده و در جهت بهینه کردن توزیع هیدروکربنها در محصول مایع به کار میرود.
از مهمترین فاکتورهای کاتالیستFCC این است که با کنترلی که روی محصول دارد می توان به بیشترین محصولات درگسترهی بنزین دست یافت. در فرآیند کاتالیستی، تخریب زنجیرهای پلیمری بر روی سطح کاتالیست اتفاق می‌‌افتد که عبور محصولات بدست آمده از خلل و فرج کاتالیست، انتخاب پذیری محصول را به میزان بسیار زیادی افزایش می‌‌دهد. تحقیقات انجام شده در این زمینه نشان می‌‌دهد که محصولات در عدم حضور کاتالیست در پیرولیز پلیاتیلن به سمت تولید واکس و در حضور کاتالیست FCC در یک راکتور با انتقال حرارت مناسب به سمت گستره بنزین پیش می‌‌رود ]۱۸[.
تغییر در عملکرد کاتالیستها با زمان، به طور مستقیم با غیرفعال شدن آنها مرتبط است. لین۲۱ غیرفعال شدن کاتالیست زئولیتی USYرا در شکست کاتالیستی پلی اتیلن سنگین با استفاده از آنالیز گرما وزن سنجی بررسی کرده است. کاتالیست USY توسط رسوب کک غیر فعال میشود. بنابراین ارتباط مهمی بین کاهش فعالیت کاتالست و مقدار کک اندازهگیری شده وجود دارد. در ادامه با بررسیهایی که یومی چی روی غیرفعال شدن کاتالیستهای زئولیتی (HZSM-5، HY و H-Mordenite) و سیلیکا آلومینا در شکست پلیاتیلن سبک در راکتور بستر ثابت انجام داده، به نتایجی مشابه فوق دست یافته است[۵۰].
پلاستیکی که قبلا در دمای ۳۱۰ درجهی سانتیگراد ذوب شده با استفاده از فشار به روی بستری از کاتالیست خوراک دهی شده و غیرفعال شدن کاتالیست در گسترهی دمایی ۵۲۶-۳۷۵ درجهی سانتیگراد بررسی شده است[۵۰]. طبق نتایج بررسی فوق، HZSM-5 مؤثرترین کاتالیست در تخریب و تبدیل پلاستیک به هیدروکربنهای غنی از ایزوپارافینها و آروماتیکها، با امکان غیرفعال شدن بسیار پایین کاتالیست در طی واکنش که با نشست کک صورت میگیرد، است. این در حالیست که زئولیتهای Y و H-Mordenite به دلیل بسته شدن حفرات توسط کک، شدیدا غیرفعال میشوند. در مقابل، سیلیکا آلومینا با داشتن حفرات بزرگ، در طی زمان واکنش عملکرد خوب خود را حفظ میکند.
جدول ۲-۵ به بررسی اثر کاتالیست روی پیرولیز در پنج درصد متفاوت از صفر تا شصت درصد کاتالیست نسبت به پلیمر پلیاتیلن سنگین در دمای ۴۵۰ درجهی سانتیگراد و با سرعت همزن RPM50 پرداخته است [۵۶].
جدول ‏۲-۵ اثر کاتالیست FCC روی پیرولیز در پنج درصد متفاوت از صفر تا ۶۰ درصد کاتالیست نسبت به پلیمرپلی اتیلن سنگین در دمای C?450 و با سرعت همزن RPM50.
درصد کاتالیست
درصد محصولات قابل تراکم
درصد محصولات غیر قابل تراکم
درصد کک
زمان ماند(دقیفه)
۰
۸/۹۲
۵/۶
۷/۰
۵۴
۱۰
۳/۹۰
۳/۶
۴/۳
۴۳
۲۰
۲/۹۱
۱/۴
۷/۴
۳۷
۴۰
۲/۸۷
۴/۷
۴/۵
۳۲
۶۰
۸۵
۸/۸
۲/۶
۲۳
نتایج نشان میدهد بدون حضور کاتالیست،گرچه محصول به صورت نیمه جامد است، اما بیشترین محصول مایع بدست میآید. ولی محصول مایع با مقدار بسیار زیاد واکس، برای مصرف به عنوان سوخت هیدروکربنی مناسب نیست. با مقدار ۲۰ درصد کاتالیست بیشترین مقدار سوخت هیدروکربنی ( حدود۹۰ درصد) حاصل میگردد. و افزایش بیشتر کاتالیست روندی نزولی در تولید محصول مایع خواهد داشت. با افزایش کاتالیست به دلیل

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید