سنتز اتان و اتیلن به وسیله واکنش OCM به خاطر اکسیداسیون پیچیده غیرهمگن و کاتالیستی بودن دارای گزینش پذیری و بازدهی پایینی است. واکنش ها و فرایندهای زیادی جهت تولید اتیلن آزمایش شده است و تحقیقات نیز جهت بهبود گزینش پذیری و بازدهی اتیلن ادامه دارد. در این راستا کاتالیست های مختلفی در واکنش های همگن – غیر همگن امتحان شده است. واکنش در دماهای مختلفی صورت گرفته است و نسبت های مختلفی از متان به اکسیژن ورودی آزمایش شده است. اتان و اتیلن با جفت شدن رادیکال های متیل در فاز گازی تشکیل می شوند. علاوه بر جفت شدن رادیکال ها با یکدیگر واکنش های نامطلوب ممکن است به تشکیل COx ها منجر شوند. در بسیاری موارد یک رابطه مستقیم بین خواص بازی و اسیدی و عملکرد کاتالیست وجود دارد.
آزمایش های زیادی انجام می گیرد که فرایند OCM برای تولید هیدروکربن های C2 علی الخصوص اتیلن با بازدهی بالا انجام گیرد. بنابراین در راستای یافتن برای بهترین و موثرترین کاتالیست راکتورهای مختلفی نیز مورد آزمایش قرار گرفته اند که ضمن تبدیل بالای متان بر محدودیت بازدهی پایین و گزینش پذیری پایین اتیلن نیز غلبه کنند.
فصل اول
1- کلیات
1-1- فرایند تبدیل مستقیم اتات به اتیلن
فرایند تبدیل متان به اتیلن با وجود پیچیدگی ها و مراحل زیاد در دو مرحله واکنش زیر خلاصه می گردد:
(1) 4CH4+O2->2C2H6+2h3O

(2) C2H6->C2H4+h3

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

مکانیسم واکنش های فوق پیچیده است. قسمتی از اکسیژن بر روی سطح کاتالیست در دماهای بالا فعال شده و با متان بر روی سطح فلز واکنش می دهند. در این حالت ساختار خاصی برای اکسیژن مانند O- تصور می شود که بسیار فعال می باشد. بنابراین می توان تصور کرد که فرایند  OCM تنها در دماهای بالا و معمولا در رنج دمایی (1073 – 873 درجه کلوین) رخ می دهد. اگر O- یک گونه فعال باشد O- یا سطحی که O- را بروی خود قبول می کند باید در دمای بسیار بالایی بر روی سطح فلز تولید شود. در این حالت متان با از دست دادن هیدروژن بر روی سطوح فعال برای تشکیل رادیکال های متیل فعال می شود. اتان و اتیلن نیز در نتیجه جفت شدن رادیکال های متیا در فاز گازی تشکیل می شوند.
انواع راکتورها از جمله راکتور با بستر ثابت، بستر سیال، غشاء، راکتور با جریان معکوس و راکتور با بستر متحرک جریان غیرهمسو آزمایش شده و شبیه سازی شده اند اما راکتور با بستر ثابت و راکتور با بستر سیال در مطالعات آزمایشگاهی کاربرد زیادتری داشته است و آن هم به خاطر سهولت کار کردن با آنها نسبت به بقیه است. در این مطالعه ما قصد داریم که با استفاده همزمان از این دو راکتور ضمن تبدیل بالای متان بازدهی و گزینش پذیری اتان و اتیلن را بالا ببریم. اما قبل از ورود به فرایند مورد نظر نتایج حاصله از آزمایشات که با این نوع راکتورها انجام شده و در آن از کاتالیست های مختلف استفاده شده و واکنش ها نیز در شرایط عملیاتی مختلفی انجام شده است بپردازیم. سپس با انتخاب موثرترین کاتالیست و بهترین شرایط عملیاتی به طراحی واکنش بپردازیم و نتایج حاصل از آن را به صورت مدل ریاضی در بیاوریم.
بنابراین مطالعه را در دو بخش ابتدا راکتورهای بستر ثابت که در آن تاثیر کاتالیست های مختلف و شرایط عملیاتی آزمایش می شود و سپس راکتورهای بستر سیال در آن آزمایش می شوند، انجام می دهیم. بعد به بررسی طرحی می پردازیم که در آن واکنش OCM ابتدا در یک راکتور با بستر ثابت (یا راکتور فلودایز) انجام می شود و جریان خروجی از راکتور اول از یک مرحله جداسازی که در آن محصولات از متان و سایر گازها جدا می شوند عبور می کند و متان واکنش نکرده خروجی راکتور اول، وارد راکتور دوم می گردد.