كراكينگ هيدروكربنهاي سنگين توسط راكتور پلاسمايي غيرحرارتي

در اختراع كراكينگ پلاسمايي نفت پيروليز (PFO) با استفاده از سامانه مشعل تخليه سد دي الكتريك از يكي از ضايعات ارزان قيمت مجتمع هاي پتروشيمي استفاده گرديد. PFO از اجزا زنجيره‌هاي اشباع و غير اشباع، آروماتيكها، رزين ها و آسفالتين‌ها و برخي ناخالصي هاي گوگردي و فلزي تشكيل شده است. آسفالتين ها و رزين ها و ناخالصي ها، مانع بزرگي در ارتقاي نفت كوره به شمار مي رود زيرا آنها به آساني تبديل به كك مي شوند و سبب غير فعال شدن كاتاليست يا باعث گرفتگي مجراي راكتور مي شود. شيوه‌هاي كنوني ارتقاي هيدروكربن‌هاي سنگين به روش‌هايي كه بر پايه‌كراكينگ و جداسازي استوار مي‌باشند، تقسيم مي‌شود. شيوه‌هايي كه بر پايه‌جداسازي هستند، شامل آسفالتين زدايي و كراكينگ مي‌باشند. سه شيوه اصلي كراكينگ خوراك‌هاي سنگين شامل شكست گرمايي، شكست كاتاليستي و شكست كاتاليستي به همراه هيدروژن تقسيم مي‌شوند كه در اين اختراع استفاده از تكنيك نوين پلاسما به منظور شكست غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت پيروليز مي باشد. اين اختراع به عنوان روشي نوين و كارامد با قابليليت صنعتي شدن بوده و در در شرايط بدون دما و كاتاليست در فشار اتمسفري توسط مشعل تخليه سد دي الكتريك، پردازش پلاسمايي بر روي خوراك صورت مي گيرد و از آن هيدروژن و هيدروكربن هاي با ارزش توليد نموده شده است. با استفاده از اين اختراع مي توان چنين ضايعات صنعتي را به محصولات ارزشمند گازي و مايع تبديل نمود و دوباره وارد چرخه توليد نمود تا به منظور حفظ منابع ملي و كاهش دور ريز ضايعات صنعتي محسوب مي شوند. از جمله منابع توليد PFO را ميتوان پالايشگاهها و واحدهاي الفين مجتمع هاي پتروشيمي نام برد. PFO در مقايسه با نفت¬گاز (يا گازوئيل) از تنوع مصرف كمتري برخوردار بوده و لذا قيمت پايين¬تري دارد. با استفاده از همين مزيت قيمت پايين ماده مصرفي جهت توليد محصولات با ارزش در اين اختراع استفاده گرديد. در اين اختراع، ابتدا طراحي و ساخت راكتور مناسب انجام شد و سپس براي رسيدن به شرايط بهينه كراكينگ نفت پيروليز به وسيله پلاسماي مشعل تخليه سد دي الكتريك موثرترين پارامترها در ايجاد پلاسماي مناسب انتخاب شدند كه عبارتند از بررسي اثر ولتاژ، بررسي اثر ميزان دبي گاز تشكيل دهنده پلاسما ، بررسي اثر ميزان نسبت گازهاي حامل پلاسما مي باشد.

در اختراع سامانه مشعل پلاسماي ماكروويو جهت كراكينگ پلاسمايي غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت پيروليز به منظور توليد هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك با ارزش از يكي از ضايعات ارزان قيمت مجتمع هاي پتروشيمي استفاده گرديد. نفت كوره از اجزا زنجيره‌هاي اشباع و غير اشباع، آروماتيكها، رزين ها و آسفالتين‌ها و برخي ناخالصي هاي گوگردي و فلزي تشكيل شده است. آسفالتين ها و رزين ها و ناخالصي ها، مانع بزرگي در ارتقاي نفت كوره به شمار مي رود زيرا آنها به آساني تبديل به كك مي شوند و سبب غير فعال شدن كاتاليست يا باعث گرفتگي مجراي راكتور مي شود. شيوه‌هاي كنوني ارتقاي هيدروكربن‌هاي سنگين به روش‌هايي كه بر پايه‌ كراكينگ و جداسازي استوار مي‌باشند، تقسيم مي‌شود. شيوه‌هايي كه بر پايه‌ جداسازي هستند، شامل آسفالتين زدايي و كراكينگ مي‌باشند. سه شيوه اصلي كراكينگ خوراك‌هاي سنگين شامل شكست گرمايي، شكست كاتاليستي و شكست كاتاليستي به همراه هيدروژن تقسيم مي‌شوند كه در اين اختراع استفاده از تكنيك نوين پلاسما به منظور شكست غير حرارتي- غير كاتاليستي خوراك نفت كوره مي باشد. در اين اختراع روشي نوين و كارامد كه توانايي صنعتي شدن دارد مطرح شده است. در اين روش با اعمال امواج ماكروويو بدون ايجاد آلودگي هاي زيست محيطي اقدام به پردازش نفت كوره نموده و از آن هيدروژن و هيدروكربن هاي با ارزش توليد نموده شده است. در اين اختراع، پس از طراحي و ساخت راكتور مناسب به بررسي پارامترهاي موثر، در كراكينگ PFO، پرداخته ميشود. در انتخاب پارامترها و تايين شرايط بهينه، افزايش نرخ توليد هيدروژن و هيدروكربن هاي گازي و همچنين توليد مايعات با ارزش مد نظر قرار گرفته است. موثرترين پارامترها بررسي اثر توان، بررسي اثر ميزان دبي گاز تشكيل دهنده پلاسما و بررسي اثر ميزان خوراك مي باشد.

مشعل هاي صنعتي متداول كاربردهاي مختلفي در صنايع دارند اما با توجه به نوع سوخت آنها كه آلودگي هاي زيست محيطي توليد مي كند ، كارايي آنها به نسبت دمايي كه توليد مي كنند و محدويت هايي كه براي كاركد آنها در شرايط مختلف وجود دارد ونيز هزينه هاي بعضاً زياد راه اندازي آنها داراي معايبي خواهند بود كه مشعل هاي پلاسمايي حرارتي مي توانند به خوبي جايگزين آنها شوند وكاربردهايي از جمله جوشكاري و برشكاري را كيفيت عالي انجام دهند. امروزه در دنيا شركتهاي معدودي وجود دارند كه بطور اختصاصي بر روي طراحي و عرضه مشعل هاي پلاسمايي حرارتي فعاليت مي كنند و اين فعاليت همچنان در حال پيشرفت مي باشند. مشعل ساخته شده داراي حدود 14 قطعه اصلي است كه هركدام به دقت طراحي و ساخته شده اند. در ساخت اين دستگاه از مواد اوليه مناسب براي هر بخش از آن استفاده شده است. سيستم هاي جانبي مورد نياز براي راه اندازي شامل منبع تغذيه،سيستم خنك كننده و سيستم تزريق گاز نيز مناسب با شرايط هندسه طراحي مشعل انتخاب شدند. آزمايشهايي به منظور تاثير نوع گاز حامل پلاسما بر روي شكل و حجم و دماي پلاسما توليدي انجام شد كه نشان مي دهد تك اتمي بودن و يا چند اتمي گاز باعث افزايش دما و حجم پلاسما مي شود. آزمايشهايي نيز به منظور تاثير دبي گاز حامل و تركيب آن بر روي حجم و دماي پلاسما انجام شد كه حاكي از افزايش دما و طول شعله پلاسما با افزايش دبي مي باشند، بيشترين طول شعله در دبي slm2 با گاز نيتروژن و توان اعمالي kw 8/4 به حدود cm24 رسيد. همچنين تاثير توان (جريان الكتريكي) بر روي حجم و دماي پلاسماي توليدي بررسي شد كه اين روند نيز كاملا صعودي مي باشد.بيشترين دماي توليدي حدود 20000درجه سانتي گراد به دست آمد. پروفايل ولتاژ-جريان الكتريكي نيز براي بازه اي از جريان هايي كه مشعل مي توانست به طور پايدار روشن بماند امجام شد كه نشان مي داد براي رسيدن به دماهايي بيش از10000درجه (رژيم حرارتي قوس الكتريكي) بسته به نوع گاز حامل به جرياني حدود 60-50 آمپر نياز است كه اين مقدار به فاصله الكترودها نيز بستگي دارد.

هدف از اين تحقيق، توليد نوشيدني ميوه اي بدون گاز ليمو- پرتقال بود. براي اين منظور، ١١ فرمولاسيون نوشيدني با استفاده از درصدهاي مختلف كنسانتره پرتقال و طعم دهنده طبيعي ليمو تهيه شدند و خصوصيات فيزيكوشيميايي مطابق با استاندارد ملي شماره 2837، ويژگي هاي نوشيدني (pH، اسيديته، چگالي، بريكس، مواد جامد كل و الكل اتيليك)، ميكروبي مطابق با استاندارد ملي شماره 3414(باكتري هاي اسيد لاكتيك و مقاوم به اسيد)و 1-10899(كپك و مخمر) و حسي(طعم، رنگ، بو، ظاهر و پذيرش كلي) آن ها ارزيابي شد. نتايج بدست آمده با استفاده از طرح آناليز يك طرفه واريانس و توسط نرم افزار SPSS تجزيه و تحليل شد. نتايج نشان داد كه با افزايش درصد كنسانتره پرتقال و طعم دهنده طبيعي ليمو در فرمولاسيون، ميزان بريكس، مواد جامد كل، اسيديته و الكل اتيليك بطور معني داري افزايش، ميزان چگالي تغيير چنداني نيافت و اختلاف معني داري مشاهده نشد و pH به طور معني داري كاهش يافت. نتايج آزمون هاي ميكروبي نشان داد كه در تمامي تيمارهاي توليد شده، تعداد باكتري هاي اسيد لاكتيك، باكتري هاي مقاوم به اسيد، كپك و مخمر منفي بود و اختلاف معني داري بين تيمارها وجود نداشت. نتايج خصوصيات فيزيكوشيميايي و ميكروبي همه تيمارها، در محدوده استاندارد بود و از اين لحاظ، تمامي تيمارهاي نوشيدني قابل قبول بودند. نتايج ارزيابي حسي حاكي از آن بود كه امتياز طعم، رنگ، بو، ظاهر و پذيرش كلي تيمار ٦، (4/6 درصد كنسانتره پرتقال و 0/08 درصد طعم دهنده طبيعي ليمو) بالاتر از ساير تيمارها بود (اين تيمار بالاترين درصد كنسانتره پرتقال و طعم دهنده طبيعي ليمو را داشت). در نهايت نتيجه گيري شد كه با استفاده از سطح غلظت 4/6 درصد كنسانتره طبيعي پرتقال، 0/08 درصد طعم دهنده طبيعي ليمو، 15/1 درصد آب ليموي ترش طبيعي و 0/04 درصد عصاره طبيعي پرتقال، مي توان نوشيدني ميوه اي بدون گاز ليمو- پرتقال داراي خصوصيات مطلوب مطابق با استاندارد هاي ملي، خواص ارگانولپتيكي ويژه، سلامتي بخش، داراي فعاليت بيولوژيكي به واسطه وجود بسياري از فيتو كميكال ها و سرشار از مواد مغذي را توليد نمود.

دوره ماندگاري بسياري از فرآورده هاي پروتييني بدليل فعاليت هاي ميكروبي، آنزيمي و اكسيداسيوني، كوتاه است. از همين رو توسعه فناوري بسته بندي فعال به منظور حفظ كيفيت و گسترش زمان ماندگاري محصولات پروتئيني از اهميت ويژه اي بر خوردار است. يكي از در دسترس ترين مواد سنتزي به منظور بسته بندي مواد غذايي، پلي اتيلن با دانسيته پايين(LDPE) است. در اختراع حاضر با بكارگيري روشي جديد، پوششي از تركيب دو پلي ساكاريد كيتوزان-پلي¬وينيل¬الكل به شكل همگن و يكنواخت بر سطح پلي اتيلن ايجاد شد. براي تقويت خواص آبگريزي و الحاق ويژگي هاي پاداكسندگي و ضد ميكروبي از اسانس زيره سبز بهره برداري شد. نتايج عكس الكتروني طيف سنجي فرو سرخ و مهار راديكال آزاد(SEM، FTIR و DPPH) نشانگر موفقيت ايجاد پوشش فعال و همچنين كنترل رهش تركيبات زيست فعال (با خواص پاداكسندگي و ضد ميكروبي) از كامپوزيت توليد شده بود. با توجه به نتايج آزمايش هاي شيميايي، مكانيكي و ميكروبي كامپوزيت فعال توليد شده يك اختراع جديد و كارا براي افزايش زمان ماندگاري محصولات غذايي فسادپذير مي باشد.

در صنعت پتروشيمي به منظور استفاده بهينه از برشهاي سنگين نفتي آن ها را به برشهاي سبك تبديل ميكنند. انجام اين فرايندها مستلزم ايجاد شرايط خاص اعم از ايجاد دماي بالا، فشار غير اتمسفري، استفاده از كاتاليزور است كه هزينه بالايي دارد. از طرفي در صنعت پتروشيمي و همچنين ساير صنايع، گاز هيدروژن، گازي پرمصرف و با ارزش است. در اين طرح روش نويني به منظور شكست هيدروكربنهاي سنگين و همچنين توليد هيدروژن ارائه شده است كه اين روش نيازمند ايجاد شرايط دمايي و فشار خاص نيست و همچنين مستقل از حضور كاتاليزور صورت ميگيرد. به همين منظور ضمن طراحي و ساخت راكتور پلاسمايي غير حرارتي تخليه سد دي الكتريك استوانه اي اقدام به پردازش تركيبات هگزادكان(C16H34)، روغن لوبكات و نفت خام شده است. پس از پردازش اين برش هاي سنگين نفتي توسط پلاسماي متان در شرايط بهينه، گاز هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك با ارزش بالاتر نظير اتيلن ، استيلن، پروپان و پروپيلن به عنوان محصول توليد ميگردد. در آزمايشات صورت گرفته ضمن آناليز محصولات مايع محصولات گازي نيز مورد بررسي قرار گرفته است. در واقع اين طرح مقياس آزمايشگاهي از واحدهاي توليد هيدروژن و هيدروكربنهاي سبك در صنعت پتروشيمي است.

انهدام يا نگهداري ايمن طولاني مدت پسماندهاي راديواكتيو حاصل از فعاليت هاي هسته اي اهميت زيست محيطي شاياني دارد. جامد كردن اين پسماندهاي مايع براي كاهش حجم و تثبيت راديونوكلئيدهاي موجود در آنها در ساختاري شيشه اي، سراميكي يا شيشه - سراميكي بيش از انهدام نهايي و دفن در انبارهاي ژئولوژيكي مناسب، ضروري است. در اين اختراع پس از سنتز فريت سربي مناسب و افزودن آن به آميزه اكسيدهاي زيركونيوم و تيتانيوم و كربنات كلسيم، مخلوط در بوته پلاتيني در دماي بالا 1460c ذوب شده و مذاب (با غلطك كوئنچينگ) سريع سرد شد. سپس شيشه حاصل خرد شده و قرص هايي براي تعيين دماي زينترينگ و خواص شيشه - سراميك (سختي،مقاومت شيميايي، چگالي نسبي و ...) ساخته شد. بعد از آن، شيشه خرد شده با نسبت هاي مختلف زيركن (5، 10 و 15 درصد وزني) مخلوط شد و قرص هايي جهت تعيين دماي زينترينگ ساخته شد. سپس بررسي خواص مختلف (سختي، مقاومت شيميايي، چگالي نسبي و ...) بر روي نمونه ها در دماي زينترينگ انجام شد. سپس آزمايش شبيه سازي تثبيت پسماند راديواكتيو با افزايش 10٪ وزني پودر اكسيد سريم به مخلوط اوليه انجام شد.

\\"بادگير با سطوح خيس شونده ماژولار\\" وسيله اي است كه براي تهويه مطبوع و سرمايش طبيعي ساختمانهاي مسكوني، تالارها، سالن هاي بزرگ و ... مي تواند مورد استفاده قرار بگيرد. لذا اين اختراع در رشته مهندسي مكانيك، گرايش تبديل انرژي، شاخه تهويه مطبوع و سرمايش طبيعي قرار مي گيرد. با استفاده از اين بادگير، در تمام ساعات شبانه روز، چه باد بِوَزد و چه هواي محيط ساكن باشد، هوايي تقريباً با درجه حرارت ده درجه كمتر و رطوبت نسبي حدود چهل درصد بيشتر از هواي محيط براي ورود به اتاق مهيا مي شود. در حاليكه در بادگيرهاي سنتي، در حالتي كه باد نَوَزد، جريان هوا تنها در ساعات اوليه صبح برقرار مي گردد، آنهم تنها با دو - سه درجه اختلاف دما با هواي محيط. اين بادگير كه از ورق گالوانيزه و بصورت ماژولار براي نصب در خانه ها ساخته مي شود از سه بخش اصلي (سرِ بادگير - ستون بادگير - دريچه ورود هوا به اتاق) تشكيل شده است. دريچه هاي ورودي هوا در قسمت سرِ بادگير بوسيله پوشالهايي كه با يك پمپ آب خيس نگه داشته مي شوند، پوشانده شده است. از آن‌جا كه سطح تماس بين هوا و الياف مرطوب پوشال بسيار زياد است، مقدار زيادي آب از سطح پوشال‌ها در هوا تبخير مي‌شود و به اين ترتيب، با كاهش ميزان سرعت هوا، رطوبت نسبي آن افزايش مي‌يابد. در اثر اختلاف چگالي هواي داخل ستون بادگير و هواي محيط و به وجود آمدن نيروي شناوري (ρgh∆)، يك جريان هوا در داخل ستون بادگير به طرف پايين ايجاد مي‌شود. ايجاد اين اختلاف چگالي در بالاترين ارتفاع ستون بادگير، به اين معني است كه طبق رابطه ρgh∆ ، از تمام ارتفاع ستون بادگير براي به حداكثر رساندن نيروي شناوري استفاده شده است. از آنجاكه اين بادگير بصورت ماژولار ساخته مي شود، قابليت نصب در انواع ساختمانهاي مسكوني، تالارها، سالنها و ... را دارد. تعداد قطعاتي كه بايد روي هم نصب شوند و ارتفاع بادگير بسته به نياز ساختمان به هواي تهويه شده تعيين مي گردد. نقطه برجسته در اين اختراع، صرفه جويي بسيار زياد در مصرف برق است.