نفت خام سنگين نقش بسيار برجسته‌اي در مخازن نفتي قابل‌استخراج جهان دارد؛ بطوريكه در حال حاضر، عمده ذخاير نفتي جهان به‌صورت نفت خام سنگين است. پس، ضروري است با استفاده از يك فرآيند مؤثر، نفت‌هاي خام سنگين را ازنظر كيفيت ارتقا داد. به‌منظور ارتقاء و كاهش گرانروي نفت خام فوق سنگين با استفاده از نانوكاتاليست‌ها، براي اولين بار از نانوذره‌هاي كاتاليستي اكسيد نيكل (سنتزشده در اين پژوهش)، سيليكا و خاك رس استفاده شد. براي مقايسه و بررسي تأثير نانوكاتاليست‌ها از كاتاليست ZSM-5 كه در فرآيندهاي شكست كاتاليستي- حرارتي كاربرد زيادي دارد، استفاده شد. اندازه نانوذرات كاتاليستي ثابت و كمتر از 50 نانومتر، دماي واكنش در محدوده 450 درجه سانتي‌گراد و دماي خوراك ورودي دماي محيط در نظر گرفته شد. جهت انجام آزمايشات در محيط نفتي و جهت جلوگيري از بخار شدن تركيبات خوراك و دو فازي شدن سيستم، راكتور به يك كندانسور عمودي متصل شد تا آب صفر درجه داخل آن از خارج شدن بخارات نفت جلوگيري نمايد. نتايج حاصل از آزمايشات، كاهش گرانروي بين 89 تا 98٪ را نشان داد. در بهترين حالت نانوكاتاليست سيلكا 98٪، نانوكاتاليست خاك رس 96٪، نانوكاتاليست اكسيدنيكل 89٪ و كاتاليست ZSM-5 6/91 % گرانروي نفت فوق سنگين را كاهش دادند. همچنين نقطه بهينه بارگذاري براي كاتاليست ZSM-5 1 درصد، براي نانوكاتاليست سيليكا 3 درصد، براي نانوكاتاليست خاك رس 3 درصد و براي نانوكاتاليست اكسيدنيكل 5/1 درصد بود كه بيشترين درصد كاهش گرانروي براي كاتاليست‌ها در اين بارگذاري مشاهده شد. نتايج بدست آمده، اطلاعات مفيدي را در رابطه با ارتقا كاتاليستي نفت خام فوق سنگين در فرآيندهاي شكست حرارتي كاتاليستي ارائه مي‌دهد.

نانو ذرات فلزي بدليل ابعاد بسيار كوچك وهمچنين داراي بودن ويژگي هاي من جمله جاذب قوي يوني در برهه اي از زمان بسيار مورد توجه قرار گرفتند.اما نتايج تحقيقاتي كه نشان از وجود مشكلاتي جديد علاوه بر مسائل توليدي و اقتصادي استفاده از آنها داشت با نام سميت نانو(Nanotoxicology ) نياز به بازنگري در استفاده از اين ساختارها را ضرور كرد.از سويي مزايي همچون ابعاد ريز كه به راحتي بتواند در خلل و فرج نفوذ و سطوح را كاملا پوشش دهد و همچنين دارا بودن ساختاري مستحكم و در عين حال دارا بودن قدرت جذب بالا ،از سوي ديگر سازگاري بيشتر با محيط زيست و بدن انسان ساختار هاي پليمري را بعنوان گزينه ي مناسب اين حوزه معرفي كرده است. هرچند استفاده از ساختارهاي پليمري عاملدار شده به زماني پيشتر از معرفي علم نانومواد بالاخص نانو ذرات فلزي برمي گردد اما ساختارهاي بزرگ و همچنين ظرفيت هاي محدود تبادل يوني در مقابل نانو ذرات فلزي، اهميت ساخت و استفاده از نانو ساختارهاي تبادل يوني بر پايه ي پليمري را نشان مي دهد. در اين اختراع با توجه تحقيقات انجام گرفته و همچنين اختراعات ثبت شده چه در حوزه ي فرايند هاي پليمريزاسيون كه قابليت ايجاد نانو ساختارهاي پليمري(پليمريزاسيون امولسيوني معمولي با قابليت توليد تا مقياس 50نانو متر) را دارند و تعيين عوامل موثر بر توزيع اندازه ذرات توليدي آنها(دماي فرايند به عنوان كنترل كننده ي توزيع اندازه ذرات توليدي در فرايند پليمريزاسيون امولسيوني معمولي )و چه بررسي ساختارهاي پليمري داراي سازگاري بيشتر بدن انسان و محيط زيست ،روش سنتز نانو ذرات پليمري سولفونه شده ي بر پايه ي نانو كوپليمرهاي استايرن- دي وينيل بنزن (بعنوان مناسب ترين ساختارپليمري دربين جاذب هاي يوني و همچنين قابليت كاربردي پزشكي و مراقبي ساختار هاي استايرني بنابر نتايج ثبت اختراعات ) داراي ابعاد زير 100نانو متر با ويژگي هايي مانند :داراي بودن استحكام مكانيكي و شيميايي قوي، قابليت جذب بسيار خوب و همچنين كاربرد در زمينه هايي من جمله تشخيص طبي ، مراقبت پزشكي و غشاهاي تبادل يوني مورد بيان قرار گرفته است.

فدر سامانه‌هاي الكترودياليز يكي از پنج بخش اصلي سامانه‌ها، فاصله دهنده‌هاي بين غشاهاي تبادل يوني مي‌باشند. از مهم‌ترين وظايف فاصله دهنده‌ها در سامانه الكترودياليز توزيع يكنواخت و همچنين افزايش اختلاط در جريان به‌منظور كاهش ضخامت زير لايه انتقال جرم و درنتيجه بهبود فرايند انتقال جرم در سامانه‌هاي الكترودياليز است. در فاصله دهنده‌هاي معمول مورداستفاده در اين سامانه‌ها همواره مشكلات عدم توزيع‌پذيري يكنواخت جريان و همچنين وجود فضاهايي كه درآن ها جريان حالت گردشي و يا سكون دارد، به چشم مي‌خورد و سبب افت كارايي كل سامانه الكترودياليز مي‌شود. در جهت بهبود كارايي فاصله دهنده‌هاي معمول مورداستفاده در سامانه‌هاي الكترودياليز، فاصله دهنده‌هاي كاناليزه كه در آن ها مناطق داراي قابليت ايجاد جريان گردشي و يا جريان ساكن شناسايي و حذف گرديده است مورد طراحي، شبيه‌سازي و آزمون تجربي عملكرد قرارگرفته است. آزمون‌هاي تجربي نتايج شبيه‌سازي‌هاي انجام‌گرفته در زمينه بهبود توزيع جريان و ايجاد اختلاط بيشتر در راستاي كاهش ضخامت زير لايه‌ي انتقال جرم را تصديق و بهبود عملكرد فاصله دهنده‌هاي جديد به ازاي كاناليزه شدن و حذف فضاهاي به‌اصطلاح مرده‌ي موجود در طراحي كاناليزه ي ساده را نشان مي‌دهند.

در اين اختراع، كاتاليست شبه فنتون مبتني بر ايميدازوليوم نشانده شده بر روي بستر جامد متخلخل به عنوان يك كاتاليست ناهمگن جديد و مؤثر براي حذف تركيبات گوگردي مقاوم مشتقات مياني نفت خام (مانند: سوخت ديزل، بنزين و غيره) تهيه و معرفي گرديده كه داراي قابليت صنعتي شدن مي باشد. كاتاليست مذكور از طريق تثبيت فيلم نازكي از مايع يوني اسيدي 1-اكتيل-3-متيل ايميدازوليوم تتراكلروفرات بر روي بستر جامد متخلخل سيليكاژل با استفاده از روش تلقيح مرطوب و با مكانيزم جذب فيزيكي تهيه شده است. طراحي ساختار كاتاليست به گونه اي است كه مي تواند فعاليت كاتاليستي، استخراجي و جذبي را به طور همزمان در فرآيند گوگردزدايي تحت شرايط ملايم واكنش داشته باشد. به علاوه، اين كاتاليست از توان گزينش پذيري بالا و قابليت بازيابي آسان و استفاده مجدد در فرآيند گوگردزدايي برخودار است.

در توليد گاز سنتز با تلفيق راكتورهاي اتوترمال Autothrmal و Gas Heated Reformer GHR گازهاي داغ خروجي از راكتور اتوترمال وارد پوسته راكتور GHR كه مبدلي لوله و پوسته اي است مي شود و حرارت لازم براي واكنش هاي گرماگير انجام شده درون لوله ها را تامين مي كند. يك مورد اصلي در كاركرد راكتورهاي GHR اختلاف انبساط لوله و پوسته است كه حتما بايد مكانيسمي براي حذف آن بكار برده شود و ديگري اختلاط گازهاي لوله و پوسته مي باشد كه بايد با حذف و يا به حداقل برسد. در اختراع حاضر ، لوله ها روي صفحه لوله هاي بالا آب بندي شده است به طوري كه لوله ها قادر به حركت درون صفحه لوله ها مي باشند. در ضمن يك صفحه با قسمت بالاي مبدل اضافه شده است. به اين وسيله بين گازهاي پوسته و قسمت گازهاي لوله فاصله اي ايجاد شده است و بوسيله عبور گازهاي CO2 و يا بخار آب (كه در هر دو قسمت يعني قسمت لوله ها و قسمت پوسته وجود دارند) در اين فضا نشت از اين قسمت به دو قسمت ديگر انجام مي شود و به اين صورت گازهاي پوسته و لوله با هم مخلوط نمي شوند. با اين طرح تمام خواسته هاي ما قابل تحقق است، مثل انبساط آزاد لوله ها، عدم تنش روي صفحه لوله ها ، راحتي پر و خالي كردن كاتاليست افزايش انتقال حرارت و در نتيجه كاهش تعداد لوله ها، عدم نشت گازهاي لوله و پوسته به يكديگر.

در اين اختراع فرايندي ابداع شده است كه طي آن گاز سنتز با نسبت متناسب H2/CO و يا H2(2CO+3CO2 با انعطاف بدست مي آيد. خوراك گاز طبيعي به دو بخش تقسيم مي شود. بخشي از آن در كوره تحت فشار به همراه هوا و ازت اضافي برگشتي مي سوزد و گازهاي داغ احتراق در جداره راكتور CHR (Gas Heated Reformer حرارت واكنش رفورمينگ را تامين مي كنند و پس از توليد بخار و پيش گرم كردن خوراك ورودي به راكتور GHR وارد واحد جداسازي CO2 جدا شده به واكنش و بقيه از فرايند خارج مي شود. ازت نيز به دو بخش تقسيم و بخشي به خط ورودي هواي كوره برگشته و بخشي از سيستم خارج مي شود. بخش ديگر گاز طبيعي ورودي بهمراه CO2 برگشتي و بخار آب توليدي در خود واحد پس از پيش گرم شدن با گازهاي خروجي راكتور وارد راكتور شده و پس از انجام واكنش و تبديل به گاز سنتز با نسبت دلخواه وارد ديگ بخار و سپس پيش گرم كن خوراك مي شود. سپس در صورت نياز وارد واحد جداسازي CO2 شده و CO2 جدا شده به خوراك بر مي گردد و در غير اين صورت به واحد مصرف كننده آن قابل انتقال است. فشرده بودن واحد عدم نياز به اكسيژن حداقل آلودگي محيط زيست استفاده مناسب از كربن هاي موجود در گاز طبيعي ورودي سادگي تغيير نسبت H2/CO در محصولات خروجي از امتيازات اين فرايند است.