عنوان پایان‌نامه
ارتقا نفت سنگین در حضور هیدروژن با استفاده از نانو ذرات اکسید فلزی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-کاتالیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1422.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62617
- تاریخ دفاع
- ۰۱ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- لیلا خداترس
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- در این پژوهش، تبدیل آسفالتین به‌عنوان یکی از سنگین‌ترین و مشکل‌سازترین اجزاء نفت سنگین، روی نانوذرات NiXCu1-XO (X کسر مولی) بررسی شد. نانوذرات فوق به‌روش هم‌رسوبی سنتز شده و پس از خشک و کلسینه کردن در دمای ?C 500 به‌مدت 4 ساعت، با روش‌های تعیین سطح ویژه (BET)، SEM، XRD، H2-TPR و FTIR مشخصات آن‌ها تعیین گردید. آسفالتین جامد استخراج شده از نمونه نفت سنگین در تولوئن حل و پس از آن جذب نانوذرات گردید و سپس در فرآیندهای اکسیداسیون، هیدروژناسیون- اکسیداسیون و پیرولیز با برنامه دمایی تبدیل گردید. مقدار آسفالتین جذب شده بر روی نانوذرات از محلول همراه، با استفاده از دستگاه UV-vis به‌دست آمد که این نسبت جرمی (mg/g) به‌ترتیب NiO> Ni0.75Cu0.25O> Ni0.5Cu0.5O> Ni0.25Cu0.75O> CuO کاهش می‌یابد. پروفایل TPO آسفالتین بالکی جامد یا جذب شده بر روی نانوذرات، دو پیک دما بالا و پایین را نشان می‌دهد که هر دو پیک در حدود ?C200-150 در اکسیداسیون کاتالیستی، آسفالتین به دمای پایین‌تر انتقال یافته‌اند. در تبدیل هیدروژنی آسفالتین جذب شده برروی نانوذرات، نانوذرات با اکسید کردن بخش‌هایی از آسفالتین‌های جذب شده و هم‌چنین مقداری از هیدروژن خوراک، با استفاده از اکسیژن ساختار خود، به‌طور کامل یا جزیی احیاء می‌شوند. بخش‌های احیاء شده سطح نانوذرات با جذب تفکیکی هیدروژن و سپس افزودن اتم‌های هیدروژن به آسفالتین‌ها، سبب تولید هیدروکربن‌های سبک‌تر نظیر متان می‌شوند. نرخ تولیدی متان در تبدیل هیدروژنی را می‌توان به عنوان معیاری از فعالیت نانوذرات برای هیدروژناسیون آسفالتین‌ها در نظر گرفت. در مقایسه نانوذرات، تبدیل هیدروژنی آسفالتین بر سطح نانوذره Ni0. 5Cu0. 5O بیشترین تولید متان و در نانوذرات Ni0.75Cu0.25O و Ni0.25Cu0.75O بیشترین میزان تولید هیدروکربن را خواهیم داشت. علاوه براین، در فرآیند TPH، بخش‌هایی از آسفالتین‌ها نیز؛ بر سطح نانوذرات هیدروژن‌دار شده و کک‌هایی تشکیل می‌دهند که در دمای پایین‌تری اکسید شده که نشان‌دهنده سبک‌تر شدن و افزایش H/C کک حاصله است. ترکیب دو نانوذره باعث افزایش نرخ تولیدی متان و هیدروکربن و سبک‌تر شدن کک شده است. مقایسه تبدیل هیدروژنی و پیرولیز آسفالتین جذب شده بر نانوذره Ni0.75Cu0.25O نشان می‌دهد که هیدروژن سبب شده است که متان و هیدروکربن‌های سبک حاصل از تبدیل آسفالتین جذب شده بر روی نانوذره، افزایش یابد و هم‌چنین کک‌هایی تشکیل شود که سریع‌تر از کک‌های تشکیلی در آزمایش‌های پیرولیز، اکسید می‌شوند.
- Abstract
- In this study, asphaltenes conversion, as one of the heaviest elements of heavy oil fractions, was investigate on NiXCu1-XO nanoparticles. The nanoparticles were synthesized with a co- percipitation method and then dried and calcined at 500 ?C for 4 h, and characterized with BET, SEM, XRD, H2-TPR and FTIR techniques. Extracted solid asphaltenes from heavy oil samples dissolved in toluene and adsorbed on the surfaces nanoparticles and then converted by oxidation, hydrogenation and subsequent oxidation and temperature-programmed-pyrolysis (TPP) processes. The amount of adsorbed asphaltenes on the nanoparticles was obtained by using a UV-vis spectroscopy (mg asphaltenes/g adsorbate). The order of adsorbed capacity waz found to be in the following order: NiO> Ni0.75Cu0.25O> Ni0.5Cu0.5O> Ni0.25Cu0.75O> CuO. The TPO profiles of the asphaltenes, either virgin or adsorbed onto the surfaces, exhibit both high and low temperature peaks and both peaks are transferred to lower temperatures by about 150-200 ?C in the catalytic oxidation of asphaltene. In temperature programmed hydrogenation (TPH) of the adsorbed asphaltenes on the nanoparticles, nanoparticles are completely or partially regenerated. By regeneration of nanoparticles, light hydrocarbons such as methane are produced. The rate of methane production may be considered as a measure of nanoparticles activity for hydrogenation of asphaltenes. The hydrogen conversion of asphaltenes on Ni0. 5Cu0. 5O nanoparticle surface results in the highest amount of methane compared to those on the Ni0.75Cu0.25O and Ni0.25Cu0.75O nanoparticles. Comparing hydrogen conversion and pyrolysis of asphaltenes adsorbed on the Ni0.75Cu0.25O nanoparticle shows that presence of hydrogen increases the amount of methane and hydrocarbons. The cocks also formed during the hydrogenation and pyrolysis of the adsorbed asphaltenes. However, the cocks formed during the hydrogenation process are more easily oxidized.
