وبلاگ

:
برای تبدیل موثر منابع انرژی معمولا از متان برای تولید مواد واسطه یا محصولات با ارزشی از قبیل گاز سنتز (H3+CO) و اتیلن (C2H4) متانول (CH3 OH) و فرمالدهید (CH2٢O) استفاده می گردد. برای تبدیل متان به گاز سنتز از واكنش هایی از قبیل اكسیداسیون جزئی متان، تبدیل متان با بخار و تبدیل با دی اكسید كربن استفاده می شود. این واكنش ها روش های اصلی برای تولید محصولات بعدی از قبیل: متانول، تولید آمونیاك، سنتز فیشر – تراپش می باشند. تخمین زده شده است كه تقریباً 60 – 70% هزینه های صرف شده در واكنش های تبدیل متان به تهیه گاز سنتز اختصاص داده شده است.
تحقیقات بسیاری بر روی روش های پیشرفته و جدید تولید گاز سنتز انجام شده است نتایج این تحقیقات نشان می دهد كه استفاده از راكتور پلاسما الكتریكی برای تولید گاز سنتز یک تكنولوژی پیشرفته با بازده بالا و محافظ محیط زیست می باشد.
انرژی الكتریكی عاملی بسیار مناسب و تكمیلی برای فعال كردن مواد شیمیایی و شروع واكنش ها محسوب می شود. ایجاد تخلیه الكتریكی در گاز ذرات بسیار فعالی از جمله الكترون ها، یون ها، اتم ها، رادیكال ها و مولكول ها بر انگیخته به وجود می آیند كه به عنوان كاتالیست برای تولید محصولات عمل می كنند.
تبدیل غیر كاتالیستی متان به وسیله تخلیه الكتریكی از قبیل: هاله رادیو فركانسی (RF)، فركانس های پالسی بالا، مایكروویو (MW) و DBD به مرحله اجرا در آمده است.
پلاسمای مایكروویو معمولاً درفرهای مایكروویو، رسوب الماس، تولید IC و ایجاد چگالی بالای پلاسما و انرژی متوسط الكترون می تواند به كار برده شود. استفاده این نوع پلاسما در محدوده تغییرات وسیعی از فشار و شدت جریان ورودی گاز و شرایط عملیاتی آسان و در درون راكتورهای بدون الكترود كه دیگر باعث خوردگی الكترودها و آلودگی و مسمومیت آنها می گردد، باعث شده است كه استفاده آن جذاب تر از پلاسماهای دیگر گردد.

در بخشهای آینده ابتدا كلیات موضوع و سپس به شرح مفهوم پلاسما می پردازیم و واكنش هایی را كه در پلاسمای مایكروویو انجام ش ده و تولید گاز سنتز در این پلاسما را مورد بررسی قرار می دهیم. سپس عوامل و پارامترهای موثر بر عملكرد راكتورهای پلاسمای مایكروویو در تولید گاز سنتز و در انتها راكتورهای پلاسمای دیگر در تولید این گاز و نتیجه گیری و پیشنهادات را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم.

فصل اول: کلیات
1-1- هدف
برای تبدیل متان معمولاً از كاتالیزورهای بسیار فعال از قبیل: pt,pd,Ir,co,Ni بر روی پایه Tio2,AL2o3 و یا الماس های اكسید شده (oxidized diomand) در دمای بالا (k 1300 – 1000) و فشار بالا (15 – 30 atm) انجام می شود. بنابر این هدف ایجاد گزینه های سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه از لحاظ اقتصادی كه می تواند شرایط عملیاتی دمایی – فشار و پرهیز از مشكل رسوب كربن به عنوان سم كاتالیزوری را حل كند می باشد.
تحقیقات بسیاری بر روی روش های پیشرفته و جدید تولید گاز سنتز انجام شده است نتایج این تحقیقات نشان می دهد كه استفاده از راكتور پلاسما الكتریكی برای تولید گاز سنتز یک تكنولوژی پیشرفته با بازده بالا و محافظ محیط زیست می باشد.
بنابراین انواع مختلف راكتورهای پلاسما برای تولید گاز سنتز مورد مطالعه قرار گرفته اند، با توجه به خصوصیات انواع پلاسما به طور كلی راكتورها پلاسمای تابشی به دلیل فشار كم عملیاتی و در نتیجه محدود بودن شدت جریان خوراك ورودی به راكتور برای تبدیل به راكتور شیمیایی در مقیاس های صنعتی مناسب نیستند. در راكتورهای پلاسمای هاله بر مشكل فشار عم لیاتی پایین غلبه می كنیم (فشار عملیاتی این راكتورها اتمسفر می باشد) اما به دلیل خاصیت غیر همگن بودن تخلیه الكتریكی در این نوع راكتور حجم فعال شیمیایی بسیار كم است (فضای كوچكی در نزدیكی الكترود نقطه) بنا بر این استفاده از این نوع پلاسما نیز به عنوان راك تور شیمیایی در مقیاس بزرگ صنعتی مناسب نمی باشد. در تخلیه الكتریكی آرام بر مشكل فشار پایین و حجم كم فعال غلبه شده است در نتیجه این نوع تخلیه الكتریكی برای استفاده در مقاصد صنعتی بسیار مناسب به نظر می رسد، اما مشكل اساسی این نوع راكتورها محدودیت فضای بین ا لكترودها است برای غلبه بر این مشكل برای ساخت راكتورهای DBD در مقیاس بزرگ برای تولید گاز سنتز از راكتورهای لوله ای موازی استفاده شده است. انواع دیگر راكتورهای پلاسما شیمیایی راكتورهای ICP یا همان راكتورهای مایكروویو و رادیو فركانسی می باشند. در راكتورهای RF با توجه به محدوده پایین فشار عملیاتی برای پایداری پلاسما به ایجاد فشارهای پایین احتیاج است كه از لحاظ عملیاتی در مقیاسهای بزرگ مشكل ساز می باشد. اما راکتورهای MW از آنجاییكه این نوع پلاسما در محدوده وسیعی از فشار پایدار باقی می مانند و سادگی عملك رد آنها و قابلیت تنظیم پارامترهای عملیاتی بر حسب خوراك ورودی بهترین انتخاب برای استفاده به عنوان راكتورهای پلاسما شیمیایی گاز سنتز می باشند.
نتایج تحقیقات نشان می دهد تبدیل پلاسمایی گاز طبیعی به گاز سنتز با توجه به تئوری پیچیده پلاسما هنوز از جهات بسیاری در ابهام می باشد و تجربیات كمی تا كنون در این زمینه انجام شده است. از جمله مهمترین مشكلات انتخاب گاز اكسید كننده مناسب برای اكسیداسیون متان و تولید گاز سنتز می باشد.
تبدیل غیر كاتالیستی متان (CH4) به وسیله تخلیه های الكتریكی از قبیل فركانسهای بالای پالسی، هاله، رادیو فركانسی، مایكروویو و DBD به مرحله اجرا در آمده است. عمدتاً این نوع رآكتورهای پلاسما برای تولید محصولات هیدروكربن های C2، متانول یا سنتز فیلم كربنی شبه الماس به كار می رود (102 – 107) مثلاً راكتورهای پلاسمایی رادیو فركانسی در فشار پایین معمولاً در صنعت برای تولید نیمه هادیها و بهبود كیفیت سطح به كار برده می شوند.