ارزيابي تجربي و شبيه‌سازي مولكولي كاربرد چارچوب‌هاي فلز-آلي در حذف تركيبات گوگردي از برش‌هاي نفتي-بنزيني به منظور توليد سوخت پاك

Experimental and molecular simulation evaluation of the organic-metal frameworks in removing sulfur compounds from petroleum-gasoline cuts in order to produce clean fuel

وجود تركيبات گوگردي و مركاپتان‌ها در برش‌هاي نفتي، موجب آلودگي محيط زيست شده و در خطوط انتقال و مخازن نگهداري، باعث خوردگي مي‌شود. بنابراين لازم است تا مقدار گوگرد و مركاپتان‌ها در برش‌هاي نفتي تا حد استانداردهاي بين الملي كاهش يابد. چارچوب‌هاي فلز-آلي دسته‌ي از جاذب‌هاي نانو-متخلخل هستند كه براي ذخيره‌سازي و جداسازي گازها و بهره‌برداري از انرژي و اصلاح محيط زيست مناسب تشخيص داده شده است. اين مقاله با استفاده از آزمايشات تجربي و نيز شبيه‌سازي مولكولي تلاش مي‌كند تا حذف تركيبات گوگرددار از بنزين را مورد بررسي قرار دهد. در آزمايش‌هاي تجربي گوگردزدايي از تيوفن و بنزوتيوفن كه تركيبات آروماتيك گوگرددار در بنزين هستند به عنوان بنزين مدل شده استفاده شد. فرآيند گوگردزدايي توسط برخي چارچوبهاي فلز-آلي با جرم g05/0 در مدت زمان 8 ساعت و در دماي K308 انجام شد. در قسمت شبيه‌سازي مولكولي نيز براي بنزين يك مدل تعريف شد كه شامل مخلوط دوتايي از نرمال-هگزان/بنزوتيوفن، نرمال-هگزان/تيوفن و نرمال-هگزان/اتان‌تيول بود. مقدار جذب و گزينندگي تركيبات گوگرددار در چارچوبهاي فلز-آلي مورد بررسي قرار گرفت. بهترين جداسازي در مخلوط نرمال-هگزان و تركيبات گوگرددار مربوط به كسر مولي 01/0 در دماي K318 بود كه اين مقدار براي مخلوط بنزوتيوفن و نرمال-هگزان برابر با 92/12852، براي مخلوط تيوفن و نرمال-هگزان برابر با 94/628 و براي مخلوط اتان‌تيول و نرمال-هگزان برابر با 699/50 بدست آمد. نتايج نمودارهاي جذب و گزينندگي تركيبات گوگرددار بر چارچوب‌هاي فلز-آلي -در هر دو بخش تجربي و شبيه‌سازي- نشان داد كه MIL-47(V) داراي بيشترين گزينندگي و جذب براي تركيبات گوگرددار است. در هر دو بخش تجربي و شبيه‌سازي مولكولي مشخص شد كه چارچوبهاي فلز-آلي مي‌توانند حذف كننده‌ي مناسبي براي تركيبات گوگرددار، جهت بدست آوردن سوخت پاك باشند.

The presence of sulfur compounds and mercaptans in oil cuts causes environmental contamination and leads to corrosion in transmission lines and storage tanks. Therefore, it is necessary to reduce the amount of sulfur and mercaptans in oil cuts to international standards. Metal- organic frameworks are a class of nano-porous adsorbents that have been identified for storing and separating gases and utilizing energy and environmental regeneration. This paper using experiments and molecular simulations, attempts to investigate the removal of sulfur compounds from gasoline. In experimental desulfurization tests thiophene and benzothiophene, which are aromatic sulfur compounds in gasoline were used as a model. The desulfurization process was selected by some metal-organic frameworks with 0.05g of mass for 8 hrs at 308K. In the molecular simulation part, a model was defined for gasoline that included a binary mixture of normal-hexane/benzothiophene, normal-hexane/thiophene, and normal-hexane/ethanethiol. The amount of adsorption and selection of sulfur compounds in metal-organic frameworks was investigated. The best separation in the mixture of normal-hexane and sulfur compounds was related to a molar fraction of 0.01 at 318K, which was equal to 12602.92 for benzothiophene and normal-hexane mixtures, for the mixture of thiophene and normal-hexane is 628.49, and obtained for the mixture of ethanethiol and normal hexane at 50.699. The results of adsorption and adsorption diagrams of sulfur compounds on metal-organic frames-in both experimental and simulation sections showed that MIL-47(V) had the highest selectivity and adsorption for sulfur compounds. In both experimental and molecular simulations, it was found that metal-organic frameworks could be a good detergent for sulfur compounds to obtain clean fuel.