دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی

شیمی – فرآیند

عنوان:

مدلسازی استفاده از فن آوری غشا در تصفیه گاز طبیعی

چکیده

استفاده از غشاهای پلیمری برای جداسازی گاز، فن آوری جدیدی است که اخیرا توسعه یافته است. وجود ترکیباتی نظیر H2S و CO2 در گاز طبیعی که باعث ایجاد خوردگی در لوله های انتقال گاز می شوند، سبب پیدایش فن آوری های جدیدی جهت حذف این ترکیبات شده است که یکی از جدیدترین این پیشرفت ها، استفاده از فرایندهای غشایی می باشد.

سعی می شود جهت دستیابی به این موضوع، مدلی ارائه شود تا بتوان با استفاده از غشاهای HOLLOW-FIBER و نوشتن فرمول ها، درصد حذف H2S و CO2 در محصول نهایی را به دست آورده و بتوان با استفاده از این مدل و تغییرات شرایط عملیاتی، میزان حذف را پیش بینی نمود.

مدلی که برای این نوع جداسازی ارائه می گردد، می تواند از نوع هم جهت، غیر هم جهت، و یا متقاطع باشد که هر سه نوع این مدل توضیح داده می شود، ولی با توجه به اینکه مدل جریان متقاطع در صنایع متداول می باشد، روی این مدل تمرکز شده و محاسبات بر پایه آن توضیح داده می شوند.

این موضوع با توجه به برخورداری کشور ایران از منابع عظیم گاز طبیعی و لزوم حذف این آلاینده ها، دارای اهمیت زیادی می باشد.

مقدمه:

وجود مشکلات ناشی از وجود گازهای اسیدی در جریان مختلف گازی در صنایع شیمیایی، به ویژه صنعت نفت، این صنایع را با چالش های اجتناب ناپذیری روبرو کرده است. گاز طبیعی عمدتا دارای ناخالصی هایی نظیر H2S و CO2 می باشد که وجود این گازها در گاز طبیعی سبب خوردگی خطوط لوله و نیز مسموم شدن کاتالیست ها می گردد بنابراین برای کنترل خوردگی و بقیه مشکلات حاصل از وجود گازهای اسیدی در صنایع مختلف شیمیایی از قبیل پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی و صنایع گاز، حذف این گازها تا غلظت های بسیار پایین ضروری می باشد.

فناوری های رایج و سنتی در حذف این آلاینده ها، فرآیند absorption با استفاده از برج های Packing و حلال هایی نظیر آمین می باشد که از لحاظ عملیاتی و نیز مصرف انرژی بسیار پرهزینه می باشد و به همین علت در دهه های اخیر، فرآیندهای نوین جداسازی از جمله فرآیند فیلتراسیون غشایی در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.

فرآیندهای جداسازی غشایی از دهه 1960 کاربردهای صنعتی یافتند و برخی از آنها مانند جداسازی گازها توسط غشاء، عمری کوتاه و در حدود 25 سال دارند. در خلال این دوره زمانی، این فرآیندها کاربردهای متنوعی در صنایع یافته و رشد چشمگیری در بازار فروش به دست آورده اند.

فناوری فیلتراسیون غشایی دارای مزایایی به شرح زیر می باشد:

1- مصرف انرژی کمتر برای جداسازی

2- امکان انجام عملیات در دمای محیط

3- سهولت دستیابی به کلیه فازهای جداسازی شده

4- انجام عملیات توسط تجهیزاتی با وزن و حجم کم

5- رفع مشکلات موجود در فرآیندهای جداسازی نظیر پدیده های طغیان و نیاز به بازیافت حلال مصرفی

6- نصب و عملیات ساده

7- حداقل نیاز به کنترل، بازرسی، تعمیر و نگهداری

8- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی و عدم وجود مسائل زیست محیطی ناشی از آن

9- ایده آل برای مناطق دوردست و موقعیت هایی که امکان فراهم آوردن تسهیلات جانبی فرآیندها موجود نباشد.

فرآیندهای غشایی کاربردهای دیگری نظیر بازیافت و خالص سازی هیدروژن از جریان های گازی نظیر گازهای خروجی از واحدهای پالایشگاهی، بازیافت هیدروژن از گازهای خروجی واحدهای تولید آمونیاک، تنظیم نسبت H2/CO در گاز سنتز، حذف بخار آب از گاز طبیعی، تولید نیتروژن از هوا و تولید هوای غنی از اکسیژن را نیز دارا می باشند. یکی دیگر از زمینه هایی که در خلال سال های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است، راکتورهای غشایی هستند که با انجام همزمان واکنش شیمیایی و جداسازی، بسیاری از محدودیت های فرآیندهای کلاسیک را مرتفع می کند. در حال حاضر در کشور ما، فناوری غشایی برای جداسازی مایعات به کار گرفته شده است. شیرین سازی آب توسط فرآیند اسمز معکوس، دیالیز خون، تغلیظ شیر و تولید پنیر به کمک فرآیند اولترا فیلتراسیون از جمله مهمترین مصارف این فناوری در کشور ما هستند. در حوزه جداسازی گازها توسط غشا. عمده این فناوری به صنایع نفت و گاز و پتروشیمی محدود می شود و در این صنایع، فناوری غشایی پتانسیل بالایی برای کاربرد دارد که امید است بتوان از این فناوری در کشور ما نیز استفاده گردد. در این پایان نامه سعی گردیده است انواع فرآیندهای شیمیایی حذف H2S و CO2 به همراه فرآیندهای غشایی آن توضیح داده شده و انواع غشاهای مورد استفاده در این زمینه، نام برده شوند. در فصل آخر نیز مدلسازی ساده ای انجام گرفته و به کمک آن نشان داده شده است که درصد گازهای خروجی از سیستم جداسازی غشایی جهت تصفیه گاز طبیعی، به چه میزان رسیده است.

امید است این مطالب در جهت کمک به ادامه تحقیقات در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.