جداسازي CO2 از مخلوط گازي CH4/CO2 به وسيله روش تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات اكسيد آهن به¬منظور ذخيره¬سازي دي¬اكسيدكربن و كاهش آلايندگي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

گازهاي گلخانه¬اي بعد از بخار آب عمدتاً از دي¬اكسيد كربن (CO2) و متان (CH4) تشكيل شده¬اند. از آن‌جا كه حضور دي‌اكسيد كربن در كنار گاز متان در گاز طبيعي حاصل از بيوگاز (CH4+CO2) موجب كاهش ارزش حرارتي آن مي‌شود، حذف دي‌اكسيد كربن از اين مخلوط گازي اهميت ويژه‌اي دارد. علاوه بر اين، ذخيره‌سازي و استفاده مجدد از دي‌اكسيد كربن حذف‌شده در صنايع مختلف، از دو جنبه حائز اهميت است: نخست از ديدگاه زيست‌محيطي و كاهش آلايندگي، و دوم از منظر بهره‌برداري بهينه از متان به‌عنوان يك سوخت با ارزش حرارتي بالاتر. در اين پروژوهش، جداسازي گاز از مخلوط به وسيله تشكيل هيدرات گازي مدنظر بوده است. همچنين با توجه به اينكه مولكول‌هاي دي‌اكسيد كربن و متان تقريباً هم‌اندازه هستند و شرايط تعادلي آن‌ها به يكديگر نزديك است، هر دو مولكول شانس تقريباً برابري براي قرار گرفتن در قفس‌هاي هيدرات دارند و در نتيجه ضريب جداسازي آن‌ها پايين مي‌باشد. بنابراين، افزايش بازده جداسازي و همچنين انتخاب‌پذيري فرآيند از مواردي است كه در تحقيقات در حال بررسي مي‌باشد. هدف اصلي اين پروژه، بررسي تأثير افزودن نانوذرات به فاز آبي و همچنين پارامترهاي ديگري همچون فشار اوليه (نيروي محركه اوليه)، نسبت گاز به مايع و غلظت نانوذرات بر ميزان مصرف گاز) "∆" n_H(، ضريب جداسازي (S.F) و فاكتور بازيابي (R%) گاز دي‌اكسيدكربن در فرآيند جداسازي گاز از مخلوط گازي و متعاقباً ميزان جداسازي است. همچنين هدف ديگر اين مطالعه، دستيابي به درك و بينشي بهتر در بهبود فرآيند جداسازي گازها به وسيله تشكيل هيدرات براي حذف دي‌اكسيدكربن از مخلوط گازي مي‌باشد. در اين مطالعه، جداسازي گاز از مخلوط گازي (شامل 70% مولي CH4 و 30% مولي CO2)، با بررسي تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات و اثر هم‌افزايي اين دو، به‌صورت آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور، يك راكتور ناپيوسته براي انجام آزمايش‌هاي تشكيل و تجزيه هيدرات گازي آماده‌سازي و در آزمايشگاه راه‌اندازي شد. به‌منظور دستيابي به اين هدف تمامي آزمايش‌ها در دماي 1 و 4 درجه سلسيوس و فشارهاي 40 و 54 بار انجام شد و مشخص گرديد كه حضور نانوذرات در بازه غلظتي مناسب تأثير مثبت و قابل‌توجهي بر ميزان مصرف گاز و همچنين افزايش ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي در تمام سيستم‌ها دارد. در اين ميان بهترين نتايج مربوط به نانوسيالي با غلظت 0.5 درصد وزني و همچنين اثر هم‌افزايي نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات بود كه موجب بهبود معني‌دار ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي نسبت به آب خالص شد. براي ميزان مصرف گاز نيز كه در دو فشار 40 و 54 بار بررسي شد به ترتيب سديم دودسيل سولفات در غلظت 0.01 درصد وزني در فشار 54 بار و نانوذرات اكسيد آهن در غلظت 0.1 درصد وزني بهترين عملكرد را ارائه دادند. براساس نتايج آزمايش‌ها غلظت بهينه براي تمام سيستم‌ها شامل نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات به ترتيب 0.5 و 0.05 درصد وزني بود كه بهترين نتايج در اين شرايط به دست آمد. همچنين مشخص شد كه با افزايش نسبت گاز به مايع و نيروي ميزان مصرف گاز افزايش مي‌يابد (بر اساس نتايج، بيشترين مقدار مول گاز مصرفي مربوط به غلظت 0.01٪ وزني سديم دودسيل سولفات (SDS) در فشار 54 بار است؛ به‌طوري‌كه ميزان مصرف گاز در اين شرايط حدود 54.2٪ بيش‌تر از حالت آب خالص بوده است) و فاكتور بازيابي كاهش پيدا مي‌كند اما ضريب جداسازي در يك بازه مشخص داراي مقدار بهينه است. از سوي ديگر مشاهده شد كه ميزان مصرف گاز با فشار اوليه رابطه مستقيم دارد در حالي كه ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي با فشار اوليه رابطه معكوس نشان مي‌دهند.

237279

فرايندهاي جداسازي

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان