جلوگیری از ارزبری ۷ میلیون یورویی با یک نوع نانوکاتالیست پتروشیمی‌ها

به گزارش ایسنا. بشریت برای مدت طولانی از سوخت های فسیلی برای تامین انرژی استفاده کرده است. کاهش دسترسی به این منابع انرژی تجدید ناپذیر به دلیل افزایش مصرف و تأثیرات منفی ناشی از آن بر محیط زیست، محققان را بر آن داشته است تا بر روی جایگزین هایی برای آنها از منابع مختلف انرژی تجدیدپذیر و پاک تمرکز کنند.

هیدروژن یکی از گزینه های امیدوارکننده ای است که می تواند جایگزین تجدیدپذیر و پاک تری برای سوخت های فسیلی سنتی باشد و یکی از مواردی که تولید هیدروژن با خلوص بالا را بسیار مهم می کند، نیاز به هیدروژن با خلوص بالا برای استفاده در فرآیندهای مختلف صنعتی است. هیدروژن به مقدار زیاد در بسیاری از زمینه های صنعتی استفاده می شود.

هیدروژن در پالایش نفت، تولید آمونیاک از طریق فرآیند Haber-Bosch و پردازش فلزاتی مانند نیکل، تنگستن، مولیبدن، مس، روی، سرب و اورانیوم استفاده می‌شود. هیدروژن همچنین در ساخت کودهای نیتروژن، گوگرد زدایی هیدروژن و تصفیه هیدروژن فرآورده های نفتی، هیدروژنه کردن ضایعات خطرناک و سنتز اتانول، تهیه سوخت های مایع مصنوعی، و همچنین سوخت کوره های صنعتی با دمای بالا و موشک های فضایی استفاده می شود.

فرآیند تبدیل آب به گاز (WGS) یکی از قدیمی‌ترین واکنش‌های کاتالیزوری ناهمگن است که در صنعت برای تولید هیدروژن با خلوص بالا و کاهش مونوکسید کربن از گاز سنتز استفاده می‌شود.

نانوکاتالیست‌های WGS مبتنی بر مس با دمای پایین

اولین نانوکاتالیست WGS با دمای پایین مبتنی بر مس در سال 1963 معرفی شد که از CuO و ZnO در نسبت 1:2 تشکیل شده بود. بلافاصله پس از آن، مشخص شد که افزودن آلومینا به ساختار این نانوکاتالیست‌ها می‌تواند پایداری حرارتی را افزایش داده و مقاومت نانوکاتالیست‌ها در برابر مسمومیت را بهبود بخشد.

بنابراین، نانوکاتالیست‌های ترکیبی اکسیدهای ZNO، CuO و Al2O3 به صورت تجاری و در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گرفته‌اند. فلز مس در این نانوکاتالیست ها فعالیت نانوکاتالیستی و گزینش پذیری بالایی در دمای پایین نشان داد، بنابراین نانوکاتالیست مناسبی برای واکنش WGS در دمای پایین و غلظت CO2 پایین بود.

این نانوکاتالیست ها در محدوده 150 تا 280 درجه سانتی گراد فعال هستند و مقدار ایده آل آنها بین 200 تا 280 درجه سانتی گراد است. کاهش CuO و سایر ترکیبات شیمیایی حاوی مس یک عامل مهم برای افزایش فعالیت نانوکاتالیستی است.

فناوری نانو برای بهبود نانوکاتالیست‌های WGS

کاتالیزورهای مبتنی بر مس علاوه بر مزایایی که دارند، از مشکل غیرفعال شدن نیز رنج می برند و سه دلیل اصلی برای این پدیده به شرح زیر گزارش شده است:

* تف جوشی حرارتی که منجر به کاهش سطح ویژه نانوکاتالیز می شود.
* مسمومیت با گوگرد، که منجر به مسدود شدن نواحی فعال نانوکاتالیستی و کاهش سرعت انتقال واکنش دهنده هایی می شود که روی سطح جذب می شوند.
* مسمومیت با کلر، که منجر به پخت سریع نانوکاتالیست و در نتیجه درشت شدن ذرات ماده فعال می شود.

بنابراین، در کنار استفاده از نانوکاتالیست‌های مس و روی معمولی و سنتی، همواره تلاش‌های زیادی برای معرفی نانوکاتالیست‌هایی با کارایی، پایداری و انتخاب‌پذیری بالاتر صورت گرفته است.

در این راستا، فناوری نانو راه های زیادی را برای بهبود خواص این دسته از نانوکاتالیست ها باز کرده است. در زمینه بهبود خواص نانوکاتالیست‌های WGS، هم بر ماده فعال نانوکاتالیست و هم بر پایه نانوکاتالیست تأکید شده است. با توجه به تاثیر فناوری نانو بر نانوکاتالیست ها، می توان گفت که با کاهش اندازه ذرات در ابعاد نانو، سطح ویژه فعال تری برای فرآیندهای نانوکاتالیستی در دسترس قرار می گیرد.

با توجه به اهمیت نانوکاتالیست برای انتقال آب و گاز با دمای پایین به کشور و محدودیت های عرضه آن، یک شرکت دانش بنیان اقدام به بومی سازی این نوع نانوکاتالیست در کشور کرده است و این شرکت با بیش از 15 سال تحقیق و فناوری. تجربه، از سال 1388 مسیر توسعه دانش فنی تولید نانوکاتالیست های صنعتی در ایران را آغاز کرده و با موفقیت طیف وسیعی از نانوکاتالیست های مورد استفاده در صنایع فولاد، پالایش و پتروشیمی را تولید کرده است.

علاوه بر نانوکاتالیست‌های انتقال آب و گاز با دمای پایین، نانوکاتالیست‌های تعمیر احیای مستقیم، نانوکاتالیست‌های تعمیری مورد استفاده در پالایشگاه‌ها و صنایع پتروشیمی، نانوکاتالیست‌های خود حرارتی، نانوکاتالیست‌های انتقال آب و گاز با دمای بالا، نانوکاتالیست‌های از پیش اصلاح‌شده، و نانوکاتالیست‌های متان برای سنتز متانول در گزارش فعالیت او ثبت شده است.

فلز نانوکاتالیست فعال در نانوکاتالیست LTS این شرکت، مس است که پس از بازسازی نانوکاتالیست داخل راکتور و تبدیل اکسید مس به مس، خاصیت نانوکاتالیستی پیدا می کند. دستیابی این شرکت به نانو ریزساختار حاوی ذرات با ابعاد کمتر از 20 نانومتر در این محصول، سطح فعال تری را برای محصول و در نتیجه فعالیت بیشتر به ارمغان آورده است.

بازار داخلی نانوکاتالیست ها

اندازه بازار جهانی نانوکاتالیست‌ها در سال 2022 تقریباً 24.2 میلیارد دلار تخمین زده می‌شود که تا سال 2032 با نرخ رشد سالانه 4.2 درصد به 36.4 میلیارد دلار خواهد رسید.

از نظر نانوتیپ مشاهده می شود که نانوکاتالیست های فلزی بعد از ترکیبات شیمیایی بیشترین مقدار را دارند.

بازار نانوکاتالیست‌ها بازاری رو به رشد است و به‌ویژه بازار نانوکاتالیست‌های جداسازی آب و گاز بازار رو به رشدی داشته باشد. توسعه صنایع مصرف کننده هیدروژن مانند صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، شیمیایی و متالورژی و همچنین علاقه زیاد به هیدروژن به عنوان سوخت پاک، محرک های اصلی رشد و توسعه این کاتالیزورها هستند.

همچنین با توجه به توسعه صنعت پتروشیمی، این نانوکاتالیست ها بازار رو به رشدی در بازار داخلی دارند. به عنوان مثال با توجه به تعداد واحدهای فعلی و برنامه آینده توسعه و تولید آمونیاک در ایران (در مجموع 14 واحد)، تولید نانوکاتالیست برای واحد LTS بسیار حائز اهمیت است.

بنابراین تامین نیازهای اساسی و استراتژیک این صنعت در داخل کشور ضروری است.

طبق آمار، مصرف سالانه نانوکاتالیست یا LTS با دمای پایین در کشور 350 تن در سال است و با احتساب قیمت خرید این نانوکاتالیست از منابع خارجی که حدود 20 یورو به ازای هر کیلوگرم است، تولید داخلی شده و این محصول می تواند علاوه بر افزودن … دانش فنی برای تشکیل محصول استراتژیک صنعتی از توانمندی های کشور، سالانه معادل 7 میلیون یورو ارز تامین می کند.

انتهای پیام/