فهرست مطالب

فصل اول

مهمترین مسئله ای که امروزه توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است گرم شدن زمین در اثر گازهای گلخانه ای است که این مسئله جهان را در آستانه یک فاجعه بزرگ انسانی و زیست محیطی قرار داده و دانشمندان عامل اصلی آن را انتشار گازهای دی اکسیدکربن ناشی از سوخت های فسیلی و معدنی کشورهای صنعتی می­دانند. در جو زمين چندين گاز وجود دارد كه نقش شيشه را در يك گلخانه دارند. که نسبت به نورمرئي خورشيد شفاف هستند و اجازه مي­دهند تا اين نور به زمين برسد، اما نور زير قرمزي كه به طرف خارج از زمين نشر مي­يابد، توسط اين گازها به تله افتاده و تبديل به گرما مي­شود.    گازهاي گلخانه اي تركيبات گازي اتمسفر هستند كه در پديده اثر گلخانه­اي مشاركت مي­كنند. تجزیه و تحلیل هوای فسیل شده در میان لایه های یخ به ما اجازه می­دهد که شرایط آب و هوائی کره زمین را تا ٤٢٠ هزار سال قبل مطالعه و بررسی نمائیم.  در حالی­که تراکم گاز کربنیک موجود در فضای زمین در دوران پیش صنعتی، تقریباً ثابت بوده از سال­های ١٨٥٠یعنی هنگام شروع دوران صنعتی به میزان ٣٠در صد افزایش یافته است. از آغاز انقلاب صنعتی به بعد در حدود 280 میلیارد تن کربن به جو زمین اضافه شده و برای کاهش آن به نصف حدود 50 سال زمان لازم است. در حال حاضر سالانه 27 میلیارد تن گاز دی اکسیدکربن در جهان تولید می­شود که با ادامه روند فعلی در سال 2050 مقدار آن به 90 میلیارد تن در سال خواهد رسید. این در حالی است کره زمین توان جذب بیش از 12 میلیارد تن را ندارد

    بیانیه نشست دانشمندان زمین هشدار داد زمین  4 درجه و در حالت وخیم تر 4/6 درجه گرمتر شده و تا سال 2080 میلادی سه میلیارد و دویست میلیون نفر دچار کم آبی و 600 میلیون نفر از قحطی رنج خواهند برد. مطالعات نشان می دهد کشورهای فقیر به ازای هر نفر سالانه یک تن و کشورهای صنعتی 22 تن گاز دی اکسیدکربن وارد جو زمین می کنند این درحالی است که اقیانوس ها، دریاها و جنگل­ها قدرت جذب حدود نیمی از گازهای تولید شده توسط انسان ها را دارند و بقیه در جو زمین باقی می ماند. جو زمین از مجموعه­ای گاز تشکیل شده که نسبت های آنها بسیار حساس و ظریف است.    این مخلوط ظریف ادامه حیات را بر روی زمین ممکن ساخته است. همزمان با شروع انقلاب صنعتی در اروپا و تکامل تمدن بشری به تدریج تعادل این مخلوط ظریف یا گازهای موجود در طبیعت بهم خورده و اکنون به یک معضل بزرگ جهانی تبدیل شده است. این مسئله بیشتر ناشی از بکارگیری سوخت های فسیلی و معدنی در کارخانه ها و وسایل حمل و نقل می باشد. انتشار دود ناشی از آنها باعث محبوس شدن گرما و افزایش درجه حرارت جو زمین توسط پدیده ای به نام اثر گلخانه ای می شود که بر اساس آخرین نظریه سازمان ملل 90 درصد بروز این مسئله ساخته و پرداخته خود بشر می­باشد. این مسئله علاوه بر افزایش درجه حرارت، آلودگی آب و هوا و مسائل زیست محیطی را نیز به همراه دارد. مهمتر از همه ایجاد شکاف لایه ازون در اثر پدیده مذکور است. این لایه از ورود اشعه خطرناکی همچون اشعه ماورا بنفش خورشید به جو زمین جلوگیری می­کند. تعدادي از گازهاي گلخانه­اي به طور طبيعي در اتمسفر وجود دارند، در حاليكه بقيه گازها از فعاليت انساني حاصل مي­شوند. برخي از دانشمندان معتقدند كه با افزايش كارخانه ها و فعاليت هاي صنعتي و استفاده بيش از حد از سوخت هاي فسيلي، افزايش استفاده از وسايل نقليه، از بين رفتن جنگل ها و مراتع ميزان گازهاي گلخانه اي چون  دی اکسیدکربن افرايش يافته است كه اين امر مي­تواند موجب گرم شدن زمين شود

1-1-تاریخچه انتشار دی اکسیدکربن

    اولین اندازه گیری دقیق و قابل اطمینان از تراکم جوی دی اکسیدکربن در سال 1957 و بوسیله کیلینگ در هاوایی انجام شد. اندازه گیری های مشابه نشان داد که تراکم جوی دی اکسیدکربن در شروع قرن نوزدهم در حدودppm  280 بوده است. این میزان معمولا به صورت مبنایی برای مقایسه سطح امروزی مورد استفاده قرار می گیرد. بر این اساس میزان تراکم دی اکسیدکربن در سال 1990 برابر ppm 355 بوده است که بیش از 25 درصد افزایش را نسبت به سطح  تراکم پیش از انقلاب صنعتی نشان می­دهد. محاسبات حاکی از آنست که حجم فعلی دی اکسیدکربن در جو حدود ppm 365 می­باشد و احتمالا تا پایان قرن بیست و یکم بهppm  400 خواهد رسید. در صورت افزایش به همین منوال حدود سال های 2040 غلظت دی اکسیدکربن به دو برابر مقدار فعلی خواهد رسید و در نتیجه درجه حرارت کره زمین به طور متوسط دو درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت

1-2-اثرات زیت محیطی دی اکسیدکربن

    دانشمندان بر این باورند که اگر روند تولید گازهای گلخانه ای همچنان رو به افزایش باشد در آن صورت آهنگ پدیده ی گرمایش زمین سریع تر خواهد شد و طی پنجاه سال آینده این افزایش دما به 3 الی 5 درجه سانتیگراد خواهد رسید. حتی اگر ما از همین امروز تولید گازهای گلخانه ای را متوقف کنیم، این افزایش دما طی بیست سال آینده به یک درجه سانتیگراد خواهد رسید. هرچند این مقدار افزایش دما چندان زیاد به نظر نمی رسد، اما در عوض می تواند موجب تغییرات شدید در وضعیت پدیده های جوی و میزان بارندگی ها شود و تاثیرات ویرانگر بر جای بگذارد.    در شرایط فعلی سهم سرانه تولید این گاز در آمریکا 22 ،آلمان 10 و آفریقا یک تن بوده و کشور آمریکا سهم بسزایی در تولید گازهای خطرناک گلخانه ای، آلودگی هوا و گرم شدن زمین دارد به طوریکه تنها گاز دی اکسیدکربن تولید شده توسط این کشور سالانه حدود 6 میلیارد تن و آلمان و اسپانیا به ترتیب 878 و 15 میلیون تن می باشد]3[.    مطالعات نشان مي دهد كه دی اکسیدکربن حدود % 75-80 گازهاي گلخانه اي در ايران را شامل مي شود. براساس گزارش جديد آژانس بين‌المللي انرژي، جايگاه ايران در ميان كشورهاي جهان از نظر ميزان انتشار دي‌اكسيدكربن ناشي از احتراق سوخت، از رتبه 13 در 2 سال قبل از اين گزارش به رتبه دهم ارتقا يافته است و اكنون ايران با انتشار سالانه بيش از 600 ميليون تن گاز گلخانه‌اي در ميان كشورهاي در حال توسعه در جايگاه چهارم قرار دارد. در طول عصر يخبندان گذشته غلظت گاز كربنيك در اتمسفر ppm  180 بوده كه باعث يخبندان كره زمين شده است. بعد از عقب نشيني يخ­ها و قبل از عصر جديد ميزان آن براحتي به ppm 280 رسيده است. در يك و نيم قرن گذشته ما مقدار آنرا بهppm  381 رسانده و شاهد اثرات آن هستيم. 19 سال از 20 سال گرمترين سال­هاي كره زمين، از سال 1980 به بعد بوده است. بطور تقریب، نصف کربن اضافی تولید شده در آب اقیانوس ها زندانی و یا حل می­گردد یا اینکه جذب درختان و گیاهان می­شود، اما نصف دیگر هر ساله بر تراکم موجود کربن در جو زمین افزوده می­شود]1[.    دانشمندان اقلیم شناس پیش بینی می­کنند، در صورتیکه نحوه زندگی خود را تغییر ندهیم و مدل مصرفی خود را کماکان حفظ نمائیم،  طی دویست سال آینده تراکم گاز کربنیک در جو زمین دو برابر خواهد شد. دو برابر شدن تراکم این گاز در جو زمین می­تواند بطور متوسط گرمای کلی کره زمین را بین حداقل ٢ تا حداکثر ٥ درجه سانتیگراد افزایش دهد. گرمایش زمین به میزان چند درجه می­تواند فاجعه های بزرگی را در محیط زیست ببار آورد.

    در صورتیکه از هم اکنون اقدام نکنیم، در سال ٢١٠٠، سطح اقیانوس­ها بیش از ٣٠ سانتیمتر افزایش یافته واین امر باعث تخریب محیط زندگانی صدها میلیون انسان می­شود که در حاشیه دریاها و اقیانوس­ها  زندگی می­کنند. جزایر بسیاری در اقیانوس هند و آرام به زیر آب رفته و ناپدید می­شوند. همچنین ممکن است که کوه های بزرگ یخ بیش از صدها کیلومتر مکعب از قاره های یخ زده قطب شمال و جنوب جدا گردند. این کوه های عظیم یخی می­توانند افزایش چندین متری سطح آب­های اقیانوس­ها را موجب شده و نقشه زمین را بطور کلی تغییر دهند.    با گرمایش زمین، توزیع جغرافیایی باران نیز تغییر کرده و این امر موجب آسیب پذیری سیستم­های کشاورزی، خصوصا در کشورهای جنوب می­گردد. در این حالت، امنیت سیستم تولید خوراک و مواد غذایی دچار وقفه شده، امراضی همچون مالاریا، تب زرد و وبا بیش از پیش مناطق گرم شده را تهدید خواهند کرد. آژانس بین المللی انرژی  AIE، تولید جهانی گاز کربنیک را در سال ٢٠٠٧، بیست و نه میلیارد تن بر آورد کرده است. بر اساس گزارش این آژانس، ده کشور جهان بیشترین مقدار تولید گاز کربنیک را باعث می­شوند]4[.    این ده کشور که به ترتیب عبارتند از : چین، آمریکا، روسیه، هند، ژاپن، آلمان، کانادا، انگلستان، کره جنوبی و ایران، هرساله و جمعاً 8/18میلیارد تن گاز کربنیک تولید نموده  و بعنوان مقصران اصلی گرمایش کره زمین شناخته شده اند.    به همان سرعتي كه گرم شدن جهان سطح  اقيانوس­ها را تغيير داده و يخ ها را ذوب مي­كند، بر روي خشکي هاي زمين نيز اثر گذار است. گرم شدن آب و هوا ساير نواحي را نيز به طرق مختلف بسمت خشكي برده است. درجه حرارت زياد رطوبت خاك را سريع­تر تبخير و بحران ايجاد مي كند. تحقیقات نشان می دهد درصد خشكي زمين بيشتر از دو برابر خشكي زمين درسال 1970 شده است. كشور ايران با بيش از 70 ميليون نفر جمعيت يكي از كشورهاي حوزه مديترانه مي­باشد كه از لحاظ اقليمي در شرايط خشك و نيمه خشك قرار دارد، بطوريكه ميانگين سالانه بارش براي آن 242 ميليمتر بوده و فقط 6/67 درصد از كل منابع آبي آن قابل آشاميدن مي­باشد]5[.    تغييرات آب و هوائي، بطور مستقيم و غير مستقيم، بر سلامت مردم اثر گذار بوده و باعث بروز بيماري­هاي واگيردار، غير واگيردار و همچنين عوارض نامطلوب مي­گردد. گرم شدن و خشكسالي سبب كاهش منابع آب شده، شاخص هاي بهداشتي را كاهش مي­دهد. از طرف ديگر ريسك ابتلا به بيماري­هاي منتقله ناشي از آب و غذا را بالا مي­برد. سرمازدگي و خشكسالي هر يك بر روي كيفيت و كميت محصولات كشاورزي اثر گذاشته، در بسياري جوامع باعث بروز سوء تغذيه مي گردد. همچنين به جهت حفظ محصولات كشاورزي و افزايش بهره وري از منابع آب و خاك زيركشت، كاربرد سموم و كودهاي شيميائي افزايش يافته، عوارض ناشي از كاربرد مواد شيميایي براي افراد در معرض و استفاده كنندگان از محصولات كشاورزي بروز مي كند. با گرم شدن زمین یخ های قطبی آب می­شوند سطح آب دریاها بالا می­آید و فصل­ها شدت بیشتری می­گیرند، یعنی زمستان­ سردتر از همیشه خواهد بود و تابستان گرم و خشک­تر

1-مقدمه…………………………………………………………………………………. 1

1-1-تاریخچه انتشار دی اکسیدکربن………………………………………………… 2

1-2-اثرات زیست محیطی دی اکسیدکربن…………………………………………. 3

شماتیک ذخیره ساز

شماتیک ذخیره ساز

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم

    فرآيند شيرين سازي گاز مي تواند روي طراحي تمام تاسيسات فرآيند گاز از جمله انتخاب روش براي دفع گازهاي اسيدي و بازيافت گوگرد، نم‌زدايي، استحصال و تقطير مايعات و شيرين‌سازي محصول مايع تاثير بگذارد. در نظر گرفتن عواملی مانند قوانين آلودگي هوا، نوع و غلظت ناخالصي‌هاي موجود در گاز ترش، مشخصه‌هاي گاز شيرين، مشخصه‌هاي گاز اسيدي، دما و فشار گاز ترش موجود، حجم گازي كه بايد مورد فرآيند قرار گيرد، تركيب هيدوركربني گاز، گزينش پذيري مورد نياز براي حذف گاز اسيدي، هزينه كل و هزينه عملكرد، مشخصه‌هاي محصول مايع، دفع محصولات جانبي با در نظر گرفتن مواد شيميايي خطرناك و تركيب دقيق گاز ورودي در انتخاب نوع فرآیند شیرین سازی گاز مهم و ضروری می باشد. در اين قسمت انواع روش‌هاي جداسازي دي اكسيد كربن از مخلوط‌هاي گازي، شرايط عملياتي و كاربرد هر يك به اختصار معرفي شده‌اند.

2-1- جذب غشایی

    در فرآیند­های غشایی به واسطه خواص فیزیکی و شیمیایی، برخی از مولکول های گازی سریعتر از غشاء عبور کرده و دیگر اجزا گاز قابلیت عبور را نخواهند داشت. به طورکلی نفوذپذیری گازهای مختلف به اندازه مولکول و ساختار غشا بستگی دارد. غشاهايي از جنس مواد غير آلي، فلزي و سراميكي پتانسيل بالايي در جداسازي گازها از خود نشان داده‌اند. اين روش حذف، در واحدهاي كوچك كه ميزان دي اكسيد كربن خروجي كم و غلظت آن در مخلوط گازي بالاي 15 درصد است داراي بيشترين كاربرد مي‌باشد. با توجه به اندازه کوچک و وزن سبک غشاها، آنها در کاربردهای دریایی می­توانند مورد استفاده قرار گیرند. از مزاياي اين روش مي‌توان به كوچكي دستگاه‌ها وتجهيزات عملياتي، عمليات آسان، نگهداری و بازسازی راحت، سازش پذیری، تنوع بالا و انرژي مورد نياز كم اشاره كرد. همچنين از معايب اين روش مي‌توان به هزينه بالاي برخي غشاها و در دسترس نبودن آنها اشاره نمود

2-2-تقطیر در دمای پایین

    از تقطير در دماي پايين زماني كه غلظت دي اكسيد كربن در خروجي فرآيند بالاي 50 درصد باشد استفاده مي‌كنند. در اين روش مخلوط گازي در ابتدا مايع شده و بعد جزء موردنظر كه معمولا دماي جوش آن نسبت به بقيه بالاتر است با استفاده از تقطير از مخلوط جدا شده، به اين طريق خالص مي‌گردد. این روش قابلیت تولید یک محصول با خلوص بالا برای حمل و نقل آسان دی اکسیدکربن را دارا می­باشد. اين روش به دليل بالا بودن هزينه‌هاي عملياتي در كشور ما مقرون به صرفه نمی­باشد

2-3-جذب سطحی توسط جامد

    روش جذب روي سطوح جامد بر مبناي جذب فيزيكي بين اجزاي گاز و فضاهاي فعال بر روي سطح جامد انجام مي‌شود. اين روش در غلظت‌هاي بالاي 30 درصد دي اكسيد كربن راندمان بالاتري خواهد داشت. با این حال هنوز در مقياس صنعتي مطرح نشده و در مرحله آزمايشگاهي مي‌باشد.این روش به مکانیسم های زیر تقسیم می­شود:

2-3-1-جذب سطحی توسط جامد در دمای ثابت

    در این مکانیسم گاز در فشار بالا جذب و در فشار پائین دفع می گردد، در حالیکه دما در طی فرآیند دفع و جذب ثابت می ماند. دما در حدود 25 درجه سانتیگراد و فشار در بالاترین حد به psi       300 می رسد. کربن اکتیو، غربال های مولکولی و زئولیت های طبیعی از انواع جاذب هایی هستند که معمولا برای جداسازی دی اکسیدکربن استفاده می­شوند. معمولا این جاذب ها برای جداسازی دی اکسیدکربن از مخلوط گازهای دی اکسیدکربن، نیتروزن، اکسیژن و هیدروژن در حضور رطوبت استفاده می­شوند. در این روش عمل دفع به طور کامل صورت نمی­گیرد مگر اینکه فشار تا نزدیکی خلا پایین آورده شود. از این روش در محیط های بسته و فضاهای کوچک مانند هواپیماها، زیر دریایی ها و … استفاده می شود.

2-3-2-جذب سطحی توسط جامد در فشار ثابت

    برخلاف مکانیسم فوق در این مکانیسم فشار در حین عملیات ثابت نگه داشته شده ولی دما در هنگام جذب پایین و در هنگام دفع گاز افزایش می­یابد. معمولا عملیات جذب در دمای 30 درجه سانتیگراد و دفع در دمای 120 درجه سانتیگراد صورت می­گیرد. فشار برج جذب در حد اتمسفر نگه داشته می­شود. برای داشتن قدرت بالای جذب معمولا سطوح جامد را به آمین آغشته می­کنند. این مکانیسم برای غلظت های پایین قابل کاربرد بوده و هزینه عملیاتی آن به مراتب از روش قبلی بیشتر می باشد.

2-روش های مختلف جداسازی دی اکسیدکربن……………………………….. 12

2-1- جذب غشایی…………………………………………………………………. 12

2-2-تقطیر در دمای پایین…………………………………………………………… 13

2-3-جذب سطحی توسط جامد……………………………………………………. 13

2-3-1-جذب سطحی توسط جامد در دمای ثابت………………………………… 13

2-3-2-جذب سطحی توسط جامد در فشار ثابت………………………………… 14

2-4-جذب توسط جامد همراه با واکنش شیمیایی……………………………… 14

2-5-جذب فیزیکی توسط حلال………………………………………………….. 15

2-5-1-جذب توسط فرآیند رکتیسول……………………………………………. 16

2-5-2-جذب توسط فرآیند سلکسول……………………………………………. 17

2-6-جذب شیمیایی توسط حلال……………………………………………….. 17

2-6-1-جذب توسط محلول آبی آلکانول آمین ها ……………………………….18

2-6-2-جذب توسط پتاسیم کربنات داغ………………………………………… 19

2-6-2-1-فرآیند کاتاکارب………………………………………………………… 20

2-7-جذب توسط فرآیند سولفینول…………………………………………….. 20

2-8-جذب توسط آب…………………………………………………………….. 21

2-9-برج جذب بستر سیال……………………………………………………… 22

شماتیک سنسور الکترونیکی فشار

شماتیک سنسور الکترونیکی فشار

فصل سوم

در دهه 1930 براي اولين بار از آلكانول آمين‌ها براي شيرين‌سازي گاز استفاده شد و از آن زمان تا دهه1970،  مونواتانول آمين بيشترين كاربرد را داشت ولي از دهه 1970،  به علت معايبي كه مونواتانول آمين داشت مانند خوردگي و هدر رفت حلال، دي اتانول آمين جايگزين اين آمين شد. از اواسط دهه 1970 و بخصوص در دو دهه اخير متيل دي اتانول آمين به خاطر مزايايي مانند: توانايي جداسازي گزينش‌پذير سولفيد هيدروژن در حضور دي اكسيدكربن، پايداري بالا و مصرف انرژي پايين براي بازيافتن حلال، كاربرد وسيعي در صنايع نفت پيدا كرده است. محلول های آمین باز های آلی ضعیفی هستند.    آمین های نوع اول بازهای قوی تر نسبت به آمین های نوع دوم و سوم بوده و تمایل بیشتری جهت واکنش با دی اکسیدکربن از خود نشان داده و پیوندهای محکم تری با گازهای اسیدی تشکیل می­دهند. از این رو درجه واکنش پذیری آمین به طور مستقیم بر طراحی و عملیات برج جذب تاثیر می­گذارد. به عنوان یک قانون کلی خاصیت قلیایی و واکنش پذیری با دی اکسیدکربن در آمین نوع اول بیشتر از آمین نوع دوم و در آمین نوع دوم بیشتر از آمین نوع سوم است.    به هرحال عملیات احیاء آمین نوع اول نسبت به آمین های دیگر به دلیل پیوندهای شیمیایی محکم تر مشکل تر می باشد.گرمای حاصل از واکنش بین گازهای اسیدی با آمین های نوع اول حدود 25درصد بیش از آمین های نوع دوم بوده و ظرفیت جذب کمتری نسبت به آمین های نوع دوم دارا می باشند. حلالیت ترکیبات هیدروکربنی در آمین ها تابعی از ساختمان مولکولی آمین و غلظت آنها در محلول می­باشد. افزایش تعداد گروه های هیدروکسیل موجب افزایش حلالیت آمین در آب و کاهش حلالیت هیدروکربن ها در داخل محلول آمین می شود. افزایش تعداد گروه های آلیفاتیک موجب افزایش حلالیت هیدروکربن ها در آمین و کاهش حلالیت آمین در آب می شود. گروه های هیدروکسیل و آلیفاتیک تاثیر مخالف هم در جذب هیدروکربن ها دارند. به منظور شناخت بهتر فرآیندهای آمینی توضیح هر یک از آمین های مورد استفاده در این نوع فرآیندها ضروری می باشد که در این قسمت به آن می پردازیم.

3-2-1-مونواتانول آمین

    مونواتانول آمین از معمول‌ترين آمين‌هايي است كه سال­ها است جهت جذب دی اکسیدکربن و هیدروژن سولفید از گازهاي طبيعي و يا مخلوط گازها استفاده شده است. مونواتانول آمین به صورت محلول آبی با غلطت 20-10 % وزنی مورد استفاده قرار می گیرد. غلظت متداول در صنعت تاکنون 15% وزنی با نقطه انجماد 4- درجه سانتیگراد می باشد. مونواتانول آمین چون از آمین های نوع اول می باشد لذا پیوندهای قوی تری با دی اکسیدکربن تشکیل می دهد. یعنی در واکنش جذب شیمیایی فعال تر عمل می کند]14[.    بنابراین جهت جداکردن این مواد از آمین و از بین بردن پیوندهای آنها در ترکیب بایستی انرژی گرمایی بیشتری مصرف کرد. اين تركيب خصوصا براي تصفيه گازهايي حاوي مقادير جزئي از دی اکسیدکربن، هیدروژن سولفید، فاقد تركيبات سولفيد كربونيل و دي سولفيد كربن بهترين حلال است. محلول مونواتانول آمین با ترکیبات گوگردی موجود در جریان گازی مانند سولفید کربن و دی سولفیدکربن واکنش شیمیایی داده و نمک های جامد مزاحم که خورنده هستند در سیستم تولید می­کند که باعث آسیب جدی به تجهیزات فرآیندی و لوله ها می­شوند. وزن مولكولي كم، ظرفيت جذب زياد، سرعت جذب بالای دی اکسیدکربن، تمایل بسیار کم آن در جذب هیدروکربن ها، پایداری حرارتی بالا و سادگي احياء از مزايای آن مي‌باشد. به دلیل پایین تر بودن نقطه جوش مونواتانول آمین نسبت به آمین های دیگر میزان فراریت و در نتیجه هدر روی فیزیکی و تبخیر آن زیاد می­باشد. اما جدي‌ترين مشكل استفاده از مونواتانول آمین واكنش برگشت‌ناپذير آن با COS و CS2 است. از اين جهت براي تصفيه گازهايي كه شامل اين دو جزء است استفاده نمي‌شود. به منظور كاهش دفعات چرخش مايع در سيستم مي‌توان از محلول‌هايي با قدرت بيشتر استفاده كرد اما غلظت بالاتر موجب افزايش دماي جوش در مرحله احياء و افزايش شدت خوردگي در فلزات معمول مي‌شود.

3- بررسی حلال های مختلف مورد استفاده در صنعت………………….. 25

3-1- مهمترین پارامترها در انتخاب حلال مناسب………………………… 25

3-1-1-میزان جذب…………………………………………………………… 25

3-1-2-سرعت جذب………………………………………………………….. 25

3-1-3-انرژی مورد نیاز جهت احیاء………………………………………….. 25

3-1-4-میزان تخریب…………………………………………………………. 26

3-1-5-ویسکوزیته حلال…………………………………………………….. 26

3-1-6-خوردگی حلال……………………………………………………….. 26.

3-1-7-فراریت…………………………………………………………………. 27

3-1-8-قیمت حلال………………………………………………………….. 27

3-1-9-ایجاد رسوب…………………………………………………………. 27

3-1-10-دمای جوش و فشار بخار………………………………………… 27

3-1-11-جرم مولکولی……………………………………………………….. 27

3-2-بررسی معایب و مزایای حلال های مورد استفاده در صنعت…….. 28

3-2-1-مونواتانول آمین……………………………………………………….. 29

3-2-2-دی اتانول آمین……………………………………………………….. 30

3-2-3-تری اتانول آمین…………………………………………………….. 30

3-2-4-دی گلایکول آمین…………………………………………………… 31

3-2-5-متیل دی اتانول آمین……………………………………………….. 31

3-2-6-دی ایزوپروپانول آمین………………………………………………… 32

شماتیک سنسور دی اکسید کربن

شماتیک سنسور دی اکسید کربن

فصل چهارم

مشکلات و صدماتی که دی اکسیدکربن به عنوان یک گاز اسیدی به محیط زیست و تجهیزات فرآیندی وارد می کند موجب شده است که تحقیقات فراوانی بر روی انتخاب حلال های مناسب دی اکسیدکربن صورت گیرد. شیرین سازی ابتدا با استفاده از آهک انجام می شد. در سال 1910 انگلیسی ها حذف گازهای اسیدی را با کمک اکسید آهن انجام دادند که در آن زمان روش نسبتا موفقی به حساب می آمد. در سال 1920 شرکت کوپر روش نوینی را با استفاده از کربنات پتاسیم مطرح کرد که موسوم به Seaboard  بود و در واقع اولین روش تجاری در شیرین سازی گاز به شمار می رفت. در دهه 1930 براي اولين بار از آلكانول آمين‌ها براي شيرين‌سازي  گاز استفاده شد و از آن زمان تا دهه 1970، مونواتانول آمين بيشترين كاربرد را داشت]16[.Hikta (1976) جذب دی اکسیدکربن را در محلول سدیم هیدروکسید و سدیم کربنات بررسی کردند]17[.Donaldson و Nguyen (1980) واکنش بین آمین های نوع سوم و دی اکسیدکربن را مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که سرعت جذب آمین های نوع سوم از آمین های نوع اول و دوم کمتر می باشد]18[.Savage (1985) سرعت جذب دی اکسیدکربن با ترکیب دی اتانول آمین و دی ایزو پروپانول آمین را اندازه گیری نمودند]19[.Ming Yin (1987) جذب دی اکسیدکربن را در محلول پتاسیم کربنات در حضور آمین ها مورد بررسی قرار داد و مشاهده نمود حضور آمین ها سرعت جذب دی اکسیدکربن توسط پتاسیم کربنات را افزایش می دهد]20[.Versteeg (1989) واکنش بین دی اکسیدکربن و دی اتانول آمین که آمین نوع دوم می باشد را در دمای محیط بررسی نمود و مشاهده نمود آمین نوع دوم سرعت جذب کمتر از آمین نوع اول دارا می باشد]21[.Bosch  (1990) از 2- آمینو2- متیل پروپانول که از خانواده آمین های ممانعت شده فضایی می باشند برای جذب دی اکسیدکربن  استفاده نمودند. پس از تحقیقاتی که آن ها بر روی این نوع آمین ها انجام دادند متوجه گردیدند که این آمین ها برای احیاء به انرژی کمتری نیاز داشته و سرعت جذب بالاتری نسبت به متیل دی اتانول آمین دارند]22[.Cordi و Bullin (1992) سنتیک واکنش بین دی اکسیدکربن و متیل دی اتانول آمین را در حضور مقادیر مختلفی از اسید فسفریک بررسی کردند و دریافتند افزودن اسید فسفریک منجر به سرعت جذب کمتر از آنچه برای متیل دی اتانول آمین مورد انتظار است می شود]23[.Sulaiman (1998) از ترکیب دی اتانول آمین و متیل دی اتانول آمین جهت جذب دی اکسیدکربن استفاده نمود]24[.Jeom (1998) حلالیت دی اکسیدکربن در محلول آمینو متیل پروپاندیول را اندازه گیری نمودند. و نشان دادند این حلال از ظرفیت جذب خوبی برخوردار می باشد

Bai و Yeh )1999) از آمونیاک به عنوان حلال جاذب استفاده کرده و نشان دادند آمونیاک ظرفیت جذب بالاتری نسبت به مونو اتانول آمین دارد ولی سرعت جذب آن از مونو اتانول آمین کمتر است]26[.Aroua و همکاران (2002) از ترکیب دو حلال 2- آمینو2- متیل پروپانول و متیل دی اتانول آمین برای جذب دی اکسیدکربن استفاده نمودند و نشان دادند اضافه کردن 2- آمینو 2- متیل پروپانول به متیل دی اتانول آمین  باعث افزایش ظرفیت جذب دی اکسیدکربن می شود]27[.دانشور (2004) از ترکیب تری ایزو پروپانول آمین با مونو اتانول آمین در دمای 30 ، 40 و 50 درجه سانتیگراد جهت جذب دی اکسیدکربن استفاده نمودند و نشان دادند اضافه کردن تری ایزو پروپانول آمین ظرفیت جذب را افزایش می دهد]28[.

Derks (2005) با استفاده از یک سیستم پیوسته و ناپیوسته جذب دی اکسیدکربن را در پیپرازین مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که پیپرازین سرعت جذب بالایی داشته ولی به دلیل قیمت بالا نمی تواند به صورت خالص مورد استفاده قرار بگیرد و بهتر است با حلال های دیگر ترکیب شود]29[.Gomez و همکاران (2006) گلوکز آمین را به عنوان جاذب دی اکسیدکربن مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که گلوکز آمین از ظرفیت جذب مناسبی برای جذب دی اکسیدکربن برخوردار می باشد]30[.Mamun و همکاران(2007) ظرفیت جذب حلال های 2- بوتیل آمینواتانول، متیل دی اتانول آمین، 2- متیل آمینو اتانول، 2- اتیل آمینو اتانول و آمینو اتیل آمینو اتانول را با مونواتانول آمین مقایسه کردند و به این نتیجه دست یافتند که فقط آمینو اتیل آمینو اتانول می تواند با مونو اتانول آمین رقابت کند. سایر حلال ها راندمان جذب پایین تری نسبت به مونواتانول آمین دارند]31[. Leeو همکاران(2008) نشان دادند که اضافه کردن آمونیاک به 2-آمینو 2-متیل پروپانول ظرفیت جذب را افزایش می دهد

4- مروری بر تحقیقات گذشته…………………………………………………. 34

شماتیک سیستم تعادلی

شماتیک سیستم تعادلی

فصل پنجم

    مخلوط همگن و یکنواخت دو یا چند ماده محلول نامیده می شود. جزیی از محلول که دارای غلطت بیشتری نسبت به اجزا دیگر باشد حلال و بقیه اجزا حل شونده نامیده می شود. در سیستم های مهندسی شیمی انواع محلول های مختلف موجود می باشد که از آن جمله می توان به محلول جامد مایع، مایع مایع، گاز مایع، اشاره کرد. به علت کاربرد فراوانی که حلالیت گازها در مایعات دارند نظیر برج­های جذب جداسازی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار هستند. لذا در این قسمت به بررسی حلالیت گازها در مایعات پرداخته می شود

5-2-حلالیت گاز مایع

    حلالیت گازها در مایعات به دلیل وجود جاذبه بین مولکولی می باشد. جاذبه مولکولی ناشی از نیروهای بین مولکولی حلال و حل شونده است. نیروهای جاذبه ممکن است به صورت فیزیکی یا شیمیایی باشند که اثر این نیروها اغلب باعث افزایش یا کاهش میزان حلالیت می شود. به طور کلی حلالیت گازها در مایعات ممکن است ناشی از عوامل زیر باشد:

1-انجام واکنش شیمیایی برگشت پذیر بین حلال و حل شونده مانند حلالیت آمونیاک در آب

2-ایجاد پیوند هیدروژنی بین حلال و حل شونده برای گازهایی که تمایل دارند به وسیله پیوند هیدروژنی به مولکول های حلال متصل شوند.

3-وجود یک نیروی جاذبه فیزیکی ضعیف بین حلال و حل شونده که مربوط به فشار داخلی مولکول ها می باشد.

    در صنعت جریان های گازی زیادی موجود می باشند که در اثر فرآیندهای شیمیایی تولید شده یا همراه مواد اولیه می باشند. جداسازی این محلول ها به وسیله عمل تقطیر در بعضی شرایط امکان پذیر نیست زیرا دارای نقطه جوش پایین می باشند. رایج ترین و بهترین روش جداسازی گازها در صنعت استفاده از برج های جذب است. بنابراین داشتن اطلاعات آزمایشگاهی دقیق از حلالیت هر گاز در حلال های مختلف نقش مهمی در طراحی برج های جذب جهت خالص سازی گازها دارند]8[.    به طور کلی در روش جذب شیمیایی پیش از انتخاب یک حلال مناسب به عنوان جاذب دی اکسیدکربن باید پارامترهایی از قبیل ساختار مولکولی، جرم مولکولی، حلالیت در آب، نقطه جوش، ویسکوزیته حلال، قیمت حلال و در دسترس بودن حلال را مد نظر قرار داد.    اولین بار میسون و داچ در سال (1936) آمین ها را با عنوان جاذب دی اکسیدکربن  پیشنهاد دادند. آنها پس از بررسی و مطالعات گوناگون بر روی  ساختار حلال های مختلف به این نتیجه دست یافتند که آمین ها با توجه به جرم مولکولی پایین و حلالیت بالا در آب می توانند حلال های مناسبی جهت جذب شیمیایی دی اکسیدکربن باشند. به همین دلیل مونو اتانول آمین را که ساده ترین آمین و در عین حال یک آمین نوع اول می باشد را به عنوان جاذب دی اکسیدکربن انتخاب کردند. امروزه در صنعت جهت جذب شیمیایی دی اکسیدکربن از آمین ها استفاده می شود. به طور کلی آمین ها بسته به اینکه چند گروه عاملی به اتم نیتروژن آنها چسبیده باشد به سه دسته آمین های نوع اول، دوم و سوم تقسیم می شوند. در آمین های نوع اول یک گروه عاملی به اتم نیتروژن آنها چسبیده و دارای دو اتم هیدروژن در ساختار خود می باشند. آمین های نوع دوم دارای یک اتم هیدروزن بوده و دو گروه عاملی چسبیده به اتم نیتروژن خود دارند و در آمین های نوع سوم در ساختار مولکولی خود دارای اتم هیدروزن نبوده و سه گروه عاملی به اتم نیتروژن آنها متصل است. از آمین هایی که تاکنون جهت جذب دی اکسیدکربن مورد استفاده قرار گرفته اند می توان به مونواتانول آمین، متیل دی اتانول آمین، دی اتانول آمین، تری اتانول آمین و دی ایزوپروپانول آمین اشاره کرد.    با توجه به مواردی که در بالا ذکر گردید، پتاسیم کربنات، اسیدبوریک، مونو اتانول آمین، تری سدیم فسفات، پپرازین اتیل آمین، تترا اتیلن پنتا آمین به عنوان جاذب دی اکسیدکربن انتخاب گردیدند. البته باید این نکته را توجه داشت که مواد انتخاب شده به صورت ترکیبی به عنوان حلال به کار برده شده اند. به طور مثال ترکیب پتاسیم کربنات و پپرازین اتیل آمین به عنوان جاذب دی اکسیدکربن انتخاب گردیده است.

5-انتخاب حلال…………………………………………………………………. 38

5-1-محلول………………………………………………………………………… 38

5-2-حلالیت گاز مایع……………………………………………………………… 38

شماتیک سیستم جذب گاز

شماتیک سیستم جذب گاز

فصل ششم

6- دستگاه و روش انجام آزمایش……………………………………………….. 42

6-1-دستگاه اندازه گیری حلالیت حلال…………………………………………. 42

6-1-1-راکتور یک لیتری…………………………………………………………. 42

6-1-2-سنسور فشار…………………………………………………………….. 43

6-1-3-ذخیره ساز اطلاعات……………………………………………………….. 44

6-1-4-روش انجام آزمایش………………………………………………………… 47

6-1-5-محاسبات انجام شده جهت اندازه گیری ظرفیت تعادلی حلال……….. 48

6-2-برج جذب بستر سیال………………………………………………………… 50

6-2-1-اندازه گیری افت فشار برج……………………………………………….. 52

6-2-2- پکینگ………………………………………………………………………. 52

6-2-3-اندازه گیری راندمان جذب در برج………………………………………….. 53

6-2-4-سنسور دی اکسیدکربن………………………………………………….. 54

واحدشیرین سازی گاز ترش

واحدشیرین سازی گاز ترش

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل هفتم

7- نتایج و بحث…………………………………………………………………….. 56

7-1-صحت عملکرد سیستم و روش انجام آزمایش………………………………. 56

7-2-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با اسید بوریک… 57

7-3-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با پپرازین اتیل آمین.. 59

7-4-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی مونو اتانول آمین با پپرازین اتیل آمین.. 61

7-14-نتیجه گیری……………………………………………………………………… 82

7-15-پیشنهادات………………………………………………………………………. 83

فهرست منابع و مراجع……………………………………………………………….84


Abstract

The combustion of fossil fuels such as natural gas, oil and coal release carbon dioxide into the atmosphere. It is widely accepted that the increase in the carbon dioxide emissions to our atmosphere is the major contributor to global climate change. There are several technologies available for removing CO2 from gaseous mixtures. Chemical absorption process is extensively used in the petroleum, and chemical industries for the separation of CO2 from different gas mixtures. The most important factor affecting the operating costs of the chemical absorption method is the selection of a suitable solvent. In this study, the parameters such as molecular structure, molecular weight, water solubility, boiling point, toxicity and availability of potassium carbonate with boric acid solution, piperazinyl ethyl amine and tetra ethylene pentamin, blend monoethanolamine with piperazinylamine and tetra ethylene Pentamine, blend tetraethylene pentamin with piperazinyl ethyl amine, blend tri-sodium phosphate with monoethanol amine, piperazinyl amine, tetraethylene Pentamin and boric acid selected as a new chemical absorbents for CO2 captur. In this study equilibrium solubility of CO2 was measured experimentally with a stirred batch reactor in total blend concentration of 2.5 (mole.dm-3) and temperature between 30 and 50 °C and partial pressure of CO2 ranging from 0 to 60 kPa. The results of the gas solubility are presented as loading capacity (mol CO2/mol blend solution) as function of partial pressure of CO2 for all experimental runs. The results showed that equilibrium capacity of selected solvents have the most equilibrium capacity of monoethanolamine. CO2 removal efficiency of selected solvents were investigated in a turbulent contact absorber of 15 cm diameter and 120 cm height. The effects of the gas and liquid velocities, packing diameter and bed static height on pressure drop and CO2 removal efficiency were determined.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان