عنوان پایان‌نامه
مدلسازی و اندازه گیری جداسازی دی اکسید کربن از متان با استفاده از زغال سنگ و مقایسه آن با نانو ساختارهای زئولیتی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- فرآیندهای کاغذسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 920.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44614
- تاریخ دفاع
- ۱۷ اسفند ۱۳۸۸
- دانشجو
- فرهاد جدیدی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- امروزه در صنایع گاز حضور ناخالصی دی¬اکسید کربن همراه با گاز متان از معضلاتی است که لازم است تا حد امکان بررسی و برطرف گردد. این ناخالصی ممکن است همراه با گاز طبیعی خروجی از چاه¬های گاز باشد که به مصرف سوخت می¬رسد و باعث کاهش راندمان حرارتی و افزایش خواص خورندگی در خطوط لوله می¬شود و یا ممکن است به عنوان ناخالصی همراه با متان واکنش دهنده در صنایع تبدیلات گازی باشد که باعث ایجاد محدودیت¬هایی در گزینش¬پذیری و راندمان فرایند می¬گردد. بنابراین جذب و به تله انداختن دی¬اکسیدکربن و جداسازی آن از متان با تکنیک جذب سطحی توسط مواد جامد متخلخل موضوعی است که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به مطالعات انجام شده در برخی از کشورها از جمله استرالیا از معادن زغال¬سنگ جهت به تله انداختن دی¬اکسیدکربن و جایگزینی آن با گاز متان استفاده می¬کنند. لذا در این پروژه ابتدا رفتار یک نوع زغال¬سنگ طبیعی برای جذب دی¬اکسیدکربن و جداسازی آن از متان مورد مطالعه قرار گرفته است که ظرفیت جذب و گزینش¬پذیری دی¬اکسیدکربن نسبت به متان در این ماده مقدار پائینی بدست آمد. در ادامه کار از خانواده زئولیتها زئولیت T که یک نانوساختار معدنی است جهت مطالعه این فرایند مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر بررسی جداسازی مخلوط گازی دی¬اکسیدکربن- متان مورد مطالعه قرار گرفت. در این بررسی ایزوترم های جذب سطحی گاز متان و دی¬اکسیدکربن در سه دمای مختلف 288، 298 و K308 و در هفت فشار نسبی 1، 3، 5، 7، 10، 15 و bar20 به روش حجم سنجی بر روی زئولیت T سنتز شده تعیین گردید. فاکتور گزینش¬پذیری جذب دی¬اکسیدکربن نسبت به متان برای تمام جاذب¬های مورد مطالعه محاسبه شد. نتایج حاصل نشان داد که زئولیت مذکور برای جداسازی دی¬اکسیدکرین از متان عملکرد مناسبی را داشته است. ایزوترم¬ تعادلی حاصل از زئولیت T با مدل لانگمویر به عنوان بهترین مدل تطابق داده شد و پارامترهای آن تعیین گردید عملکرد این زئولیت در آزمایشات جذب دینامیک مخلوط متان و دی¬اکسید¬کربن در دمای K298 و فشار اتمسفریک، آزمایش شد و منحنی¬های گذر گازهای متان و دی¬اکسیدکربن تعیین شد. نتایج حاصل نشان¬دهنده امکان جذب و جداسازی موثر دی¬اکسیدکربن از جریان گاز متان در شرایط دینامیک می¬باشد. در نهایت مدلسازی مخلوط گازی توسعه یافته و با استفاده از نرم¬افزار Aspen Adsim شبیه¬سازی شد. نتایج حاصل از شبیه¬سازی را می¬توان جهت طراحی واحدهای جذب دینامیک در شرایط دمای محیط و فشار اتمسفریک مورد استفاده قرار داد.
- Abstract
- Presence of carbon dioxide impurity in natural gas causes reduction of heat content as well as some problems in natural gas transportation, therefore purification of methane in natural gas seems to be an important issue. In this project, separation of carbon dioxide from methane by adsorption process on the porous solids has been studied, experimentally. According to the researches in some countries such as Australia coal mines are used for trapping the carbon dioxide to replace it with existing methane in mines. In this study, the adsorption properties of two kinds of porous materials; coal and a kind of zeolite is investigated for CO2 adsorption from CH4 and the adsorption properties of these material are studied by equilibrium adsorption data obtained at different pressures and temperatures. The examined zeolite was a type of nanostructured zeolite called T-type zeolite. It was concluded that, adsorption capacity and selectivity of coal for CO2 adsorption towards CH4 was much lower than T-type zeolite therefore additional expermental studies were focused on the T-type zeolite. The adsorption isotherms of carbon dioxide and methane were determined out in three different temperatures 288, 298,308 and seven pressures 1, 3, 5, 7, 10, 15 and 20 bar by the volumetric method in a hand-made stainless steel set up over the synthesized T-type zeolite. The selectivity of carbon dioxide over methane was measured for the synthesized T-type zeolite. The results showed that this type of zeolite could be a good candidate for separation of carbon dioxide from methane. The isotherm curves were fitted by Langmuir, Freundlich and Langmuir-Freundlich models and the parameters of these models were calculated. The performance of the zeolite was tested in a fixed bed dynamic adsorption experiments for two feed mixtures; 80%-20% and 90%-10% of CH4 and CO2, respectively at 298 K and atmospheric pressure. The results of breakthrough curves and breakthrough times of the gases revealed capability of T-type zeolite for effective separation of CO2 from CH4. Finally modeling and simulation of the gas mixture was performed by Aspen Adsim software at the studied experimental condition. The results of this simulation can be used for design of the fixed bed adsorption plant in ambient temperature and pressure for sepration of CO2 from natural gas.
