הידרוגדוריזציה (HDS) היא תהליך אבן הפינה בתעשייה המחודשת של נפט, חיוני לייצור דלקים בתדר נמוך, העומדים בתקנות סביבתיות מחמירות. תרכובות Sulfur הקיימות בשמן גולמי, אם לא הוסרו, כדי ליצור קרינת פחמן מתקדמת (SOFLT:0xFLT:1), תורמים גדולים לגשם ולזיהום חלקי של תהליכי ה-HDS ישירות לשרירים של תהליכים סביבתיים אלה.

תפקיד Catalysts ב Hydrodesulfurization

מסלול תגובה מהיר

הידרוגדוריזציה כוללת תגובה של תרכובות אורגניות המכילות את התרכובות – כגון thiols, thiophenes, benzothiophenes, dibenzothiophenes - עם גז מימן בטמפרטורות גבוהות (300-450 מעלות צלזיוס) ולחצים (30-130 בר).הזרז מקל על ריצוף של אג"ח פחמן-סולפור, המרת מימן בטמפרטורות גבוהות (Fide) ו-H2, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, ללא לחץ גבוה (F2-Fal זרז) אשר דורש תגובה).

אתרי Active Sites and Catalyst

(ה) זרזי HDS הנפוצים ביותר מבוססים על מעבר מתכת סולפידים, במיוחד מלוטש (MoSofph:02FLT:1) מקודמים עם קובלט או ניקל, נתמך על אטומים גבוהים-surface-area alumina (AlFLT:2FLT 3R3LT3LT3FLT:2FLT:2FLT3LT:2Falures:2F:2F:2 pheni) בדרך כלל הם pheni pheni זרזים (מתאים אלה נמצאים ב-F)

חשיבות תעשייתית

סירוב להסתמך על HDS כדי לעמוד במגבלות של דלק שנטלו באופן דרמטי בעשורים האחרונים - מכמה אלפי חלקים למיליון (ppm) עד 10-15 pm עבור דיזל אולטרה-נמוך (ULSD) בתחומים רבים סמכותיים.ההההדק של תקנות הוביל מחקר אינטנסיבי יותר פעיל וסלקטיבי שיכול להשיג פחת עמוק ללא צריכת מימן מוגזמת או אובדן משמעותי של פעילות פחמן- 1F יכול להתייחס יותר להפחתה משמעותית של מנגנוני בקרה, 000.

עקרונות עיצוב עבור HDS Catalysts יעילים

פיתוח זרז HDS יעיל דורש איזון מספר, לפעמים מתחרה, תכונות.העקרונות הבאים מנחים את העיצוב של זרזים להשיג פעילות גבוהה,סלקטיביות, וארוכות.

שטח פני השטח והפורוזיות

התגובה הקטליטית מתרחשת באתרים פעילים על פני השטח של זרז.שטח משטח ספציפי גבוה (בדרך כלל 150–300 מ'2/g עבור זרזי HDS מסחריים) ממקסמת את מספר האתרים הנגישים לכל יחידה. פרוזה תומך כמו ⁇ -alumina לספק לא רק שטח משטח גבוה מדי, אלא גם רשת של פוחיות אשר מקלות על נפיחות גדולה המכילה מולקולות פעיל (m) כמו מיקרו-אוקסום גבוה מדי (pine) כמו מיקרו-אוקסום) במיוחד עבור סגסוגת כבדה מאוד (poluxic) כמו מיקרו-אוקסום).

דיספרסיון מתכת אופטי ועומס

(הפעילות הקטליטית המקסימלית מתבטאת כאשר מין המתכת הפעיל מפוזר מאוד על התמיכה, יצירת גבישים קטנים או סלאבים חד-צדדיים (MoSveFLT:02Felos) אטומים מבוססי זרזים (Digial Dispers) יכולים גם לקדם את רמות ה-microcsolation (הפחתת כמות הזיהומים) של ה-NUMF% (O) היא בדרך כלל נמוכה יותר מ- 2, 2, 000%) ו- 2, 000 ⁇ ) של ⁇ (או- 2.

אינטראקציה מתכת-ספורט

(האינטראקציה בין השלב הפעיל לבין התמיכה משפיעה הן על המורפולוגיה של MocioSFLT:02reaFLT:1 זחלים והן על ההתנגדות שלהם לחטא. A מתון תומך מתכת הוא רצוי: חלש מדי, ואת השלב הפעיל יכול להיות פיזור; חזק מדי, וחוסמת של מטומטמים עשויה להיות בלתי שלם, עוזב בתוך מיני תחמוצת, כמו גם תמיכה מאוזנת, כגון:

התנגדות לדה-פעולה: הרעלה, הקוקינג ו-Sintering

Catalyst deactivation הוא אתגר תפעולי גדול.שלוש המנגנונים העיקריים של ביצועים של זרז HDS לאורך זמן:

  • (FLT:0) הרעל על ידי heteroatoms:BuildFLT:1 Nitrogen ומתכות (במיוחד ניקל ו וניל) להציג במודעות נפט גולמיות על אתרים פעילים, חסום גישה לתרכובות sulfur. ניקל ו- vanadium גם היווצרות קטנטנה. Nitrogen דורש טמפרטורות גבוהות יותר ולעתים קרובות הפרדה hydrodenitroation (NHD) אשר פונקציה עבור Niadium גם עבור היווצרות חנקן גבוה יותר.
  • (FLT:0Coke deposition: FLT:1 כבד פחמימנים פוליארומטיים condense על פני השטח הזרז, כיסוי אתרים פעילים ומילוי pores. Coke גדל במהירות בשלבים המוקדמים של המבצע, ואז מאט כמו פסאודו-קוויליבריום הוא הגיע.
  • (ב) בטמפרטורות גבוהות ובנוכחות של קיטור, MoSentiFLT:2FLT 3) יכול לגדול גדול יותר או אגרומיאט, הפחתת מספר האתרים.

עיצוב Catalyst נלחם בפענוח באמצעות טכניקות כמו הוספת מיטת שמירה למתכות מלכודות, באמצעות תמיכה בחומצה מבוקרת כדי למזער את הקידוד, וקידוד פרוטוקולים של ריצוף כדי לייצר שלבים פעילים יציבים.

הקודם Advances in Catalyst Design

הדחף להפליג עמוק יותר, עלויות נמוכות יותר, והשפעת הסביבה הפחיתה את החדשנות על פני חזיתות מרובות.

Catalysts

הנדסת ננומטרי מציעה שליטה מדויקת על גודל, צורה, והרכב של שלבים פעילים. MoSFillo:0.203FLT:1 nanoplates, nano Flowers, ומבנים חד-שכבות לחשוף חלק גבוה יותר של אתרי קצה מאשר חומרים גדולים קונבנציונליים של מימן Vapor deposition (CVD) ו- hydrothermal סינתזה יכול לייצר זרזים משופרים לפעילות עבור fracgreated מבנים כגון תרכובות מתכתי-C, כמו מגנטיות לחץ דם פעיל (D) באופן אוטומטי).

תמיכה גדולה מעבר לאלומיניום

(ו) ⁇ (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

נוסחאות במטאלי וטרימטאלי

מעבר לנוסחאות המסורתיות של Co(Ni)Mo, החוקרים בודקים את תוספת המתכת השלישית כדי ליצור אפקטים סינרגטיים.לדוגמה, שילוב של כמויות קטנות של מתכות אציליות כמו פלטינה או שיתוק לתוך זרזי CoMo יכול לשפר את פעילות המימן, המאפשרת הסרת sulfur אחר של מולקולות מעכבות HD.

עיצוב ולמידה של מכונות

המורכבות של עיצוב זרז HDS הפכה אותו לקרקע פורייה עבור שיטות כימיה חישוביות.דונות תאוריה פונקציונלית (DFT) חישובים עבור שילובי מתכת אופטימליים, לחזות את האנרגטיים של שלבים מרכזיים, ולהבין את התפקיד של אטומי קידום מכירות.מודלים למידת מכונה על נתונים גדולים של ביצועים זרז - החל בספרות או ניסויים גבוהים - יכול לזהות ניסוחים חדשים עם תכונות ניסיוניות אלה: F2 בדיקות חישוביות יעיל של חומר סימולציה.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, העיצוב של זרזי HDS יעילים עומד בפני כמה אתגרים מתמידים המגדירים את מסלול המחקר העתידי.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

(החומרים הקשים ביותר להסרת הם dibenzothiophenes, במיוחד אלה עם substituents ב 4 ו 6 עמדות (למשל, 4,6-DMDBT) תרכובות אלה יש hincal hindnce כי מונעים את ה-Sulfur אטום המתקרב לאתר הפעיל על ידי MoSLTS:2Freas) 2, 0002 תומך ב-i2, כדי לשפר את הפונקציה המשולבת (מחדשנית)

Catalyst Deactivation and Regeneration

כאמור, הפענוח באמצעות קידוד, חיטוי, והרעלת מגביל את החיים השימושיים של זרזי ה-HDS המסחריים (בדרך כלל 1–3 שנים) הפחתה בקצב של הניתוק באמצעות עיצוב תמיכה משופר ושלבים פעילים חזקים יותר הם עדיפות.התחדשות כוללת כוויות oxidative כוויות של coke, אך מחזורים חוזרים יכולים להזיק למבנה הפוד והעופרת לאובדן פעיל של פיזור פעיל כזה עדיין לא ניתן לפתור מנגנונים גמישים).

קיימות וכימיה ירוקה

ייצור חומרים זרז - במיוחד molybdenum, cobalt, ניקל - יש טביעת הרגל הסביבתי שלה.יש עניין גובר בשימוש יותר שפע, פחות אלמנטים רעילים. זרז מבוסס ברזל, למשל, זול ולא רעיל אבל בדרך כלל פחות פעיל.עבור מתכת חומרים מחסומים ו nitrides (למשל, MoFreacio:02LTFal, 1C:1C), הוכח כי הוא פחות פעיל של פעילות מחזור חיים גמישה (בנוסף).

שילוב עם אופטימיזציה של תהליכים

עיצוב Catalyst לא ניתן לראות בבידוד; זה חייב להיות משולב עם הנדסה כור ותנאים הכוללים תהליך.לדוגמה, השימוש של מיטות זרז מרובות עם פונקציונליות שונה (למשל, מיטת שמירה להסרת מתכת, מיטה HDS עיקרית, מיטה סיום עבור שיקולים עמוק desfurization) יכול לשפר את היעילות הכוללת של עיצובים מתקדמים כמו כורים-phase ולהגדיל מציעים חום טוב יותר, אשר יכול לאפשר את התכונות המקסימליות של מערכת ההפעלה כדי להשיג את הסימולציות סטנדרטיות של תאים HD כדי לשפר את גודל הסימולציות.

מסקנה

תכנון זרזים להדרדרות יעילה של שמן גולמי הוא אתגר רב-פנים יושב בצומת של כימיה, חומרים מדע והנדסה כימית. מן העקרונות הבסיסיים של שטח פני השטח גבוה ופיזור מתכת לשימוש החדשני של חומרים ננודוריים והקרנה חישובית, השדה ממשיך להתפתח במהירות.