دانشگاه شیراز

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

 

پایان­ نامه­ ی کارشناسی ارشد در رشته­ ی

 

 مهندسی شیمی

 

 

بررسی عملکرد حلال های مختلف جهت جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال

استاد راهنما

دکتر عبدالحسین جهانمیری

شهریور 1392

چکیده

در میان گازهای گلخانه ای دی اکسیدکربن به عنوان عمده­ترین و مهمترین گاز گلخانه­ای بیشترین سهم را در گرمایش جهانی زمین دارا می­باشد. روش­های مختلفی جهت جذب دی اکسیدکربن از جریان های گازی وجود دارد. یکی از روش­های قابل اعتماد و موثر در صنعت جهت جذب دی اکسیدکربن از جریان های گازی روش جذب شیمیایی می­باشد. مهمترین عامل تاثیر گذار بر هزینه­های عملیاتی در روش جذب شیمیایی انتخاب یک حلال مناسب می­باشد. در این مطالعه با توجه به پارامترهایی از قبیل ساختار مولکولی، جرم مولکولی، حلالیت در آب، نقطه جوش، سمی بودن و در دسترس بودن، حلال های ترکیب پتاسیم کربنات با اسید بوریک، پپرازین اتیل آمین و تترا­­اتیلن پنتاآمین، ترکیب مونواتانول آمین با پپرازین اتیل آمین و تترااتیلن پنتاآمین، ترکیب پپرازین اتیل آمین با تترااتیلن پنتاآمین، ترکیب تری سدیم فسفات با مونواتانول آمین، پپرازین اتیل آمین، تترااتیلن پنتاآمین و اسید بوریک به عنوان جاذب های شیمیایی جدید دی اکسیدکربن انتخاب شدند. حلالیت تعادلی محلول های جدید با استفاده از یک راکتور ناپیوسته همزن دار در دماهای 30 ، 40 و 50 درجه سانتیگراد و در فشارهای جزئی دی اکسیدکربن بین 0 تا 60 کیلو پاسکال اندازه گیری گردید. در تمامی مراحل آزمایشات نتایج حلالیت گاز به عنوان ظرفیت تعادلی (مول دی اکسیدکربن / مول حلال) و به صورت تابعی از فشار جزیی دی اکسیدکربن ارائه شده است. نتایج آزمایشات نشان داد که حلال های انتخاب شده دارای ظرفیت تعادلی بیشتری از مونواتانول آمین می­باشند. همچنین راندمان جذب حلال های انتخاب شده در برج جذب بستر سیالی به ارتفاع  120 سانتیمتر و قطر 15 سانتیمتر مورد ارزیابی قرار گرفت. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله قطر پرکن ها، ارتفاع بستر ثابت پرکن ها، دبی مایع و سرعت گاز بر افت فشار برج و راندمان جذب نیز بررسی گردید.

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                                                                  صفحه

 

فصل اول

1-مقدمه. 1

1-1-تاریخچه انتشار دی اکسیدکربن.. 3

1-2-اثرات زیست محیطی دی اکسیدکربن.. 3

 

فصل دوم

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… 14

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

عنوان                                                                                                  صفحه

 

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.. 21

2-8-جذب توسط آب.. 22

2-9-برج جذب بستر سیال.. 22

 

فصل سوم

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. 26

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

عنوان                                                                                                  صفحه

 

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

 

فصل چهارم

4- مروری بر تحقیقات گذشته. 34

 

فصل پنجم

5-انتخاب حلال.. 38

5-1-محلول.. 38

5-2-حلالیت گاز مایع.. 38

 

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

عنوان                                                                                                  صفحه

 

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

 

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

7-5-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی مونو اتانول آمین با تترا اتیلن پنتا آمین.. 63

7-6-حلالیت دی اکسیدکربن درمحلول ترکیبی پپرازین اتیل آمین با تترا اتیلن پنتا آمین.. 65

7-7-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با تترا اتیلن پنتا آمین.. 67

7-8-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و پپرازین اتیل آمین.. 68

7-9-حلالیت دی اکسیدکربن درمحلول ترکیبی تری سدیم فسفات و تترا اتیلن پنتا آمین.. 69

7-10-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و اسید بوریک… 70

7-11-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و مونو اتانول آمین.. 71

7-12- افت فشار در برج جذب بستر سیال.. 72

7-12-1-تاثیر دبی مایع بر افت فشار برج.. 72

عنوان                                                                                                  صفحه

 

7-12-2-تاثیر قطر پکینگ بر افت فشار برج.. 74

7-12-3-تاثیر ارتفاع بستر ثابت پرکن ها بر افت فشار برج.. 75

7-13-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال.. 76

7-13-1-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با اسید بوریک    76

7-13-2-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی تری سدیم فسفات با اسید بوریک    78

7-13-3-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی تری سدیم فسفات با مونو اتانول آمین   79

7-13-4-مقایسه راندمان و ظرفیت جذب حلال های انتخاب شده. 80

7-14-نتیجه گیری.. 82

7-15-پیشنهادات… 83

فهرست منابع و مراجع.. 84

 

فهرست جدول ها

 

 

عنوان                                                                                                                صفحه

 

جدول2-1-مقایسه خواص فیزیکی حلال های مختلف… 16

جدول 3-1 مقایسه حلال های شیمیایی جهت جذب دی اکسیدکربن.. 32

جدول6-1-مشخصات سنسور الکتریکی فشار. 44

جدول6-2-مشخصات ذخیره ساز USB-4718. 46

جدول6-3-مشخصات سنسور دی اکسیدکربنTesto 535. 54

 

 

فهرست شکل ها

 

 

عنوان                                                                                                                صفحه

 

شکل2-1-واحد شیرین سازی گاز ترش… 18

شکل6-1-شماتیک سیستم جذب گاز. 43

شکل6-2-شماتیک سنسور الکترونیکی فشار. 45

شکل6-3-شماتیک ذخیره ساز. 47

شکل6-4-شماتیک سیستم تعادلی.. 49

شکل6-5- شماتیک برج جذب بستر متحرک… 51

شکل6-6-شماتیک مانومتر. 52

شکل6-7-شماتیک پکینگ با قطرهای مختلف… 53

شکل6-8-شماتیک سنسور دی اکسیدکربن.. 54

شکل7-1- ظرفیت جذب دی اکسیدکربن در محلول 5/2 مولار مونواتانول آمین در دمای 40 درجه سانتیگراد  56

شکل7-2 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد. 57

شکل7-2 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 58

 

عنوان                                                                                                                   صفحه

 

شکل7-2 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد. 58

شکل7-3 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد. 59

شکل7-3 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 60

شکل7-3 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد. 60

شکل7-4الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد. 61

شکل7-4 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 62

شکل7-4 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد. 62

شکل7-5 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد. 63

شکل7-5 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 64

شکل7-5 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد. 64

شکل7-6 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد. 65

شکل7-6 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 66

عنوان                                                                                                               صفحه

 

شکل7-6 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد. 66

شکل7-7، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 67

شکل7-8، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 68

شکل7-9، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 69

شکل7-10، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 70

شکل7-11، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف مونو اتانول آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد. 71

شکل7-12-شماتیک برج جذب بستر سیال.. 72

شکل7-13-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع برای ارتفاع بستر ثابت 20 سانتیمتر و پکینگ با قطر 5/1 سانتیمتر. 73

شکل7-14-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در قطرهای مختلف پکینگ برای ارتفاع بستر ثابت 20 سانتیمتر و دبی مایع 10 لیتر بر دقیقه. 74

شکل7-15-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در ارتفاع های مختلف پرکن های داخل برج  برای توپ های با قطر 1.5 سانتیمتر و دبی مایع 10 لیتر بر دقیقه. 75

شکل7-16-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع.. 77

شکل7-17-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن.. 77

شکل7-18-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع.. 78

 

عنوان                                                                                                                   صفحه

 

شکل7-19-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن.. 79

شکل7-20-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع.. 79

شکل7-21-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن.. 80

شکل7-22-مقایسه ظرفیت جذب حلال های مختلف در جزء مولی های بهینه. 81

شکل7-23-مقایسه راندمان جذب حلال های مختلف در جزء مولی های بهینه. 81

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

:: بازدید از این مطلب : 28

|

امتیاز مطلب : 0

|

تعداد امتیازدهندگان : 0

|

مجموع امتیاز : 0