عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت مواد نانوساختار هیبریدی فلز آلی به منظور بهبود عملکرد محلولهای آمین در جذب گاز دی اکسید کربن
- رشته تحصیلی
- شیمی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6252;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74774;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6252;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74774
- تاریخ دفاع
- ۱۷ خرداد ۱۳۹۵
- دانشجو
- مهدی وحیدی
- استاد راهنما
- احمد توسلی
- چکیده
- امروزه در بیشتر صنایع پالایش گاز از محلول های آلکانول آمین به طور گسترده استفاده می شود. در کنار مزایای فراوان این آمینها، دارای مشکلات عدیده ای از قبیل ایجاد محصولات حاصل از فساد آمین، کاهش ظرفیت جذب گاز و مصرف انرژی زیاد در مراحل بازیابی هستند. امروزه با رشد علم و فناوری از قبیل نانوفناوری، سعی محققین براین است تا بتوان در جهت بهبود فرایندهای تصفیه گاز اقدام نمود. در این تحقیق، UiO-66 و مشتقات آمین دار آن به روش سولووترمال سنتز شد و توسط روشهای BET، FESEM، FTIR، TGA، EDS و XRD مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس محلول 40% متیل دی اتانول آمین (MDEA) تهیه شده و 1/0 % از UiO-66-NH2 سنتز شده به محلول اضافه گردید. به منظور ارزیابی نانوسیال سیستم جذب گاز در محلول طراحی و ساخته شد. دماهای مورد مطالعه 30، 40، 50 و 60 درجه سانتیگراد و فشارهای جزیی گاز دی اکسید کربن تا حدود 2300 کیلو پاسکال بود. نتایج آزمایشات جذب نشان داد نانوسیال کاملا پایدار بوده و نسبت به سیال پایه حدود 9% افزایش جذب CO2 دارد. دلیل این افزایش ناشی از جذب شیمیایی آمین و جذب فیزیکی و شیمیایی از طریق نانوذره UiO-66-NH2 ( ad-ab) در محلول می باشد. همچنین گزینش پذیری جذب گاز دی اکسید کربن نسبت به متان با استفاده از تئوری محلول ایده آل جذب شده (IAST) با غلظتهای فرضی 85% متان، 5% دی اکسید کربن و 10% دیگر گازها نیز انجام پذیرفت. نتایج نشان داد pip-UiO-66-NH2، UiO-66-NH2 و UiO-66 دارای گزینش پذیری به ترتیب 09/19، 24/60 و 13/65 می باشد که در مقایسه به دیگر جاذب ها از گزینش پذیری بالایی برخوردارند. انتقال حرارت نانوسیال تهیه شده مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد با افزودن UiO-66-NH2 به محلول MDEA، ضریب انتقال حرارت موثر به میزان حدود 8% زیاد می شود. ضمنا داده های جذب بدست آمده طبق تئوری توزیع خطا (EPT) بررسی شده و به همراه داده ها ارائه گردید و مشخص شد محدوده خطا در محدوده 15/0 تا 20/0 می باشد. داده های آزمون تولید کف نیز نشان از کاهش میزان کف در حضور نانو ذره در محلول را داشت. نتایج شبیه سازی با نرم افزار HYSYS نشان داد درصورت استفاده از نانوسیال می توان انتظار کاهش مصرف انرژی را در کولر و پمپ داشت. با توجه به نتایج بالا، می توان نتیجه گرفت استفاده از فناوری نانو در شیرین سازی گازهای ترش می تواند باعث افزایش ظرفیت جذب شده و تولید محصولات نامطلوب و عملکرد و مصرف انرژی را کاهش دهد.
- Abstract
- Nowadays, alkanolamine solutions are widely used for gas sweetening process in gas refinery industries. Although alkanolamne solutions have many benefits, however there are some disadvantages, for example, reduction of gas absorption capacity and high energy consumption at recovery process. Today, with growth of science and technology such as nanotechnology, researchers try to improve of gas sweetening process. In this study, UiO-66 and its derivations were synthesized by solvothermal method and were evaluated by BET, FESEM, FTIR, TGA, EDS and XRD techniques. Next, 40% wt. of methyldiethanolamine (MDEA) solution was prepared and 0.1% wt. of synthesized UiO-66-NH2 was added into the solution. The setup was designed and was made for evaluation of gas absorption of solutions. The sightly temperatures and CO2 partial pressures were 30, 40, 50 and 60 oC and up to 2300 kPa, respectively. The results of gas adsorption showed that nanofluid is very stable in 40% wt. MDEA solution and it increases about 9% of CO2 absorption capacity respect to base fluid. The reason for this increase originates from chemical and physical absorption of CO2 via UiO-66-NH2 nanoparticles in solution. Besides, using ideal absorbed solution theory (IAST) the selectivity of CO2 over CH4 at 85% CH4, 5% CO2 and 10% other gases was calculated and obtained value werer 19.09, 60.24 and 65.13 for pip-UiO-66-NH2, UiO-66-NH2 and UiO-66, respectively which are higher than many other absorber. Thermal conduvtivity of prepared nanofluid was evaluated and results showed that effective thermal conduvtivity of solution consist of nanoparticle increased about 8%. On the other hand, according to error propagation theory (EPT), the absorbed data was evaluated and results was presented behind of data and it was found that the range of errors were about 0.15 to 0.20. The foming properties of nanofluid were investigated and results figure out there was reduction of solution foam in presence on nanoparticle. The simulation of amine system was carried out by HYSYS software and reduction in energy consumption was observed in pomp, cooler and reboiler. According to the results, we can conclude that UiO-66 and its derivations are effective in gas sweetening process.
