18851

16351

كارشناسي ارشد

طراحي فرآيند

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

دوازده، 88ص.: مصور، جدول، نمودار

1402/07/18

كتابنامه

مهندسي شيمي

مهندسي شيمي

1402/07/19

2968591

در عصر حاضر مصرف منابع انرژي تجديد ناپذيري مانند سوخت‌هاي فسيلي باعث به وجود آمدن مشكلات زيست‌محيطي فراواني شده است. ازاين‌رو تحقيقات درزمينه منابع انرژي تجديد پذيري كه بتوانند اين مشكلات را حل كنند افزايش‌يافته است. يكي از منابع انرژي تجديد پذير كه به‌وفور در جهان يافت مي‌شود زيست‌توده است. با توجه به وفور و تنوع منابع زيست توده، روش هاي بسياري براي تبديل زيست توده به انرژي و مواد شيميايي ابداع شده است كه يكي از اين روش‌ها، پيروليز است. در پيروليز، به زيست‌توده داراي مواد آلي در غياب اكسيژن و در دماي بالا گرما داده مي‌شود و مواد فرار تراكم پذير آن به‌عنوان محصول اصلي جمع‌آوري مي‌شود. اين محصول علاوه بر اينكه مي‌تواند به‌عنوان سوخت بكار رود، حاوي طيف وسيعي از مواد آلي باارزش بالاست كه مي‌توانند در فرآيندهاي پالايشي جداسازي شوند. در اين پژوهش هدف بررسي پيروليز چوب ذرت به‌عنوان زيست‌توده موردمطالعه است. در ابتدا چوب ذرت با روش‌هاي آناليز تقريبي و آناليز نهايي موردسنجش قرار گرفت و ميزان رطوبت، مواد فرار، خاكستر و كربن ثابت و همچنين عناصر كربن، هيدروژن، نيتروژن، اكسيژن و گوگرد آن اندازه‌گيري شد. سپس تأثير عوامل دما، دبي گاز حامل و زمان‌ماند چوب ذرت در راكتور بر بازده جرمي محصولات بررسي شد. و مشخص شد كه در دماي 525 درجه سلسيوس، زمان 5/18 دقيقه و دبي گاز حامل 3/5 ليتر بر دقيقه گاز نيتروژن بيشترين بازده محصول مايع يعني روغن زيستي به مقدار 67/31 درصد به دست مي‌آيد. سپس با استفاده از آناليز كروماتوگرافي گازي – طيف‌سنج جرمي مشخص شد كه عمده تركيبات موجود در روغن زيستي شامل الكل‌ها، فنول ها، فوران‌ها، كتون ها و كربوكسيليك اسيدها هستند. در بررسي اثر دما به‌عنوان تأثيرگذارترين عامل بر توزيع تركيبات روغن زيستي مشخص شد كه افزايش دما باعث كاهش كربوكسيليك اسيدها و مقدار آب توليدي مي‌شود و اين كاهش ميزان كربوكسيليك اسيدها با مشاهده روند افزايشي pH روغن زيستي تأييد شد. همچنين مشخص شد كه افزايش دماي پيروليز باعث افزايش مقدار فنول ها و فوران‌ها مي‌شود درحالي‌كه كتون ها و الكل‌ها در دماي 525 درجه سلسيوس در مقدار بيشينه خود قرار داشتند. در ادامه به‌منظور بررسي اثر كوپيروليز بر بازده و تركيب روغن زيستي، كوپيروليز با پارافين سنگين مايع انجام شد. نتايج نشان داد كه كوپيروليز مخلوط 10 درصد پارافين سنگين مايع و 90 درصد چوب ذرت در 525 درجه سلسيوس داراي بيشترين بازده و اثر هم‌افزايي است. همچنين به‌منظور بررسي اثر كوپيروليز پارافين وكس، از كاتاليست RFCC يا Residue Fluid Catalytic Crackig در كوپيروليز كاتاليستي استفاده شد و آزمايش‌ها نشان داد كه اثر كاتاليست در پيروليز به‌تنهايي باعث كاهش مقدار بازده روغن زيستي مي‌شود درحالي‌كه پيروليز پارافين وكس داراي اثر مثبت بر بازده روغن زيستي است. و بيشترين بازده كوپيروليز كاتاليستي در 30 درصد پارافين وكس و 70 درصد چوب ذرت و نسبت كاتاليست به خوراك 1:1 به دست آمد. مقايسه بين پيروليز در 525 درجه سلسيوس وكوپيروليز پارافين سنگين مايع و كوپيروليز كاتاليستي پارافين وكس نشان داد كه مقدار كتون ها، هيدروكربن‌ها، كربوكسيليك اسيدها در كوپيروليز كاتاليستي، فوران‌ها، فنول ها در كوپيروليز با پارافين سنگين مايع و الكل‌ها در پيروليز نسبت به بقيه بيشينه هستند.

Nowadays, consumption of non-renewable energy sources such as fossil fuels has caused many environmental problems. Therefore, research on renewable energy sources that can solve these problems has increased. Biomass is one of the abundant sources of renewable energy in the world. Due to the abundance and variety of biomass resources, many methods have been invented to convert biomass into energy and chemicals, one of these methods is pyrolysis. In pyrolysis, biomass containing organic matter is heated in the absence of oxygen and at high temperature, and its condensable volatiles are collected as the main product. In addition to being used as a fuel, this product contains a wide range of high-value organic substances that can be separated in refining processes. In this research, the aim is to investigate the pyrolysis of corn cob as the studied biomass. At first, corn cob was measured by approximate analysis and ultimate analysis methods, and the amount of moisture, volatile matter, ash and fixed carbon as well as elements of carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen and sulfur were measured, then the effect of factors such as, temperature, carrier gas flow rate And the residence time of the corn cob in the reactor was investigated on the mass yield of the products and it was found that at a temperature of °C, a time of minutes and a carrier gas flow rate of lit/min of nitrogen gas, the highest yield of the liquid product, bio oil, was %. Then, using gas chromatography-mass spectrometer analysis, it was determined that the major compounds in bio-oil include alcohols, phenols, furans, ketones, and carboxylic acids. In examining the effect of temperature as the most influential factor on the distribution of bio-oil compounds, it was found that the increase in temperature causes a decrease in carboxylic acids and the amount of water produced, and this decrease in the amount of carboxylic acids was confirmed by observing the increasing trend in the pH of bio-oil. It was also found that increasing the pyrolysis temperature increases the amount of phenols and furans, while ketones and alcohols are at their maximum at °C. Further, in order to investigate the effect of copyrolysis on the yield and composition of bio-oil, copyrolysis was performed with heavy liquid paraffin and the results showed that copyrolysis of a mixture of paraffin and corn cob at has the highest y and synergistic effect. Also, in order to investigate the effect of paraffin wax co-pyrolysis, the RFCC or Residue Fluid Catalytic Cracking catalyst was used in catalytic co-pyrolysis, and the experiments showed that the effect of the catalyst in pyrolysis alone reduces the yield of bio-oil, while the catalytic pyrolysis of paraffin wax has a positive effect. It is based on bio oil efficiency and also the highest efficiency of catalytic copyrolysis was obtained in % paraffin wax and % corn cob and the ratio of catalyst to feed was . Comparison between pyrolysis at °C and coprolysis of liquid paraffin and catalytic copyrolysis of paraffin wax showed that the amount of ketones, hydrocarbons, carboxylic acids in catalytic copyrolysis, furans, phenols in copyrolysis with liquid heavy paraffin and alcohols in pyrolysis are the highest compared to others.

كيقباد شمس اسحاقي

محسن سليماني امين آبادي , علي اكبر دادخواه