بخشی از مقاله
خلاصه
روش های متعددی جهت جداسازی دی اکسید کربن توسط محققین مختلف تاکنون ارائه شده است .این روش ها شامل جذب فیزیکی، جذب به وسیله محلول های شیمیایی، جداسازی بوسیله غشاء و چندین فرآیند دیگر می باشد. در این تحقیق حلالیت دی اکسید کربن در مونو اتانول آمین در حضور سورفکتانت ها و نانو ذره دی اکسید تیتانیوم اندازه گیری شد. بدین منظور یک سامانه آزمایشگاهی طراحی شد. آزمایش های تجربی در دمای 298/15 کلوین و فشار نسبی 13,5 بار در حضور نانو ذره دی اکسید تیتانیوم با اندازه ی 20 نانو متر در غلظت های 0/1، 0/05 گرم و سورفکتانت های سدیم دودسیل سولفات - SDS - در غلظت های 0/1 و 0/2 گرم و ستیل تری متیل آمونیوم برماید - CTAB - در غلظت های 2/5 و 5 گرم انجام شد.
در این تحقیق اثر پارامترهای مختلف غلظت نانو ذره و سورفکتانت SDS و CTAB بر روی ضریب نفوذ بین مولکولی مورد بررسی قرار گرفت . نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان می دهند که با افزایش غلظت TiO2، میزان ضریب نفوذ بین مولکولی افزایش می یابد. با افزایش غلظت SDS میزان ضریب نفوذ بین مولکولی تقریبا کمی افزایش یافته است . با افزایش غلظت CTAB میزان ضریب نفوذ بین مولکولی کاهش می یابد . همچنین نتایج آزمایشگاهی با استفاده از نرم افزار طراحی آزمایش Design Expert ، با استفاده از روش پاسخ سطح و طرح Historical رابطه تجربی برای حلالیت ارائه گردید که تحلیل نتایج انجام شده با استفاده از این نرم افزار صورت گرفت.
.1 مقدمه
احتمال افزایش غلظت دیاکسیدکربن در اتمسفر و ارتباط آن با اثرات گلخانهای بحثهای زیادی را در سراسر جهان در راستای کاهش انتشار دیاکسیدکربن و سایر گازهای گلخانهای ایجاد کرده است .[1] حذف گاز دیاکسیدکربن نه تنها از منظر زیستمحیطی بلکه در صنعت، از جمله در فرآیند تولیدآمونیاک، فرآیند تولید هیدروژن و شیرین سازی گاز طبیعی اهمیت زیادی دارد. [2] دی اکسیدکربن یکی از اجزای هیدروکربنی است که نقش مهمی در تعیین کیفیت و قیمت گازطبیعی دارد. وجود دی اکسیدکربن ارزش حرارتی گاز طبیعی را پایین آورده و موجب ترش شدن آن می گردد و به دنبال آن باعث خوردگی خطوط لوله و تجهیزات بکار رفته در فرآوری گاز طبیعی می شود.
[3] دی اکسیدکربن بطور وسیعی به عنوان یک ماده خام شیمیایی در بسیاری از زمینه ها از جمله صنایع پتروشیمی، صنایع غذایی و در مصالح ساختمانی بکار میرود. از این رو حذف و ذخیره سازی آن از گازهای حاصل از احتراق و همچنین گاز طبیعی ضروری به نظر میرسد.[4] در خصوص فرآیند شیرین سازی با استفاده از محلول های آمین و استفاده چشمگیر از این نوع فرآیند به منظور تسریع و افزایش میزان جذب در شیرین سازی گاز های طبیعی از مواد افزودنی استفاده می شود و توانایی آنها در خصوص جذب گازهای اسیدی از قبیل دی اکسید کربن مورد سنجش قرار گرفته است.[5 ]
D.P. Hagewiesche,ss و همکارانش در سال 1995، حلالیت دی اکسید کربن در مخلوط MDEA-MEA و مخلوط MDEA-DEA را بررسی و مقایسه کردند. آن ها به این نتیجه رسیدند که در فشارهای پایین حلالیت MDEA-MEA بسیار بیشتر از حلالیت در MDEA-DEA می باشد. همچنین متوجه شدند که نسبت اختلاط نقش مهمی در حلالیت تعادلی مخلوط MDEA-MEA دارد به طوری که با افزایش نسبت MEA در فشارهای کمتر از 100 کیلو پاسکال، حلالیت افزایش می یابد. در فشارهای بالا با کاهش نسبتMEA در مخلوط حلال حلالیت تعادلی افزایش می یابد.[6]
Jiazong Jiang و همکارانش در سال 2014 اثر افزودن نانو ذرات مختلف ، MgO ، و و همچنین اندازه نانو ذرات را در افزایش میزان جذب در محلول های MEA و MDEA مورد مطالعه و مقایسه قرار دادند.در این مطالعه از دستگاهی استفاده شده است، که از سه قست آماده سازی مخلوط گاز، جذب حباب و اندازه گیری کسر حجمی co2 خروجی تشکیل شده است. شماتیک این دستگاه در شکل - - 2-1 نشان داده شده است.[7]
حق طلب و همکارانش در سال 2015 اندازه گیری جذب و حلالیت دی اکسید کربن را در نانو سیالات ZnO - اکسید روی - و - SiO2سیلیس کروی - در سیال پایه آب را در شرایط دمایی 5،2و 8 در جه سانتیگراد و محدوده فشار 1 bar تا فشار تعادلی هیدرات گازی وهمچنین در شرایط دمایی 15 و 25 درجه سانتیگراد در محدوده فشار 36-40 bar را مورد مطالعه قرار دادند. برای نشان دادن ثبات این نانو ذرات در آب، پتانسیل زتا - zeta - اندازه گیری شد. در این مطالعه از یک دستگاه شبه استاتیک فشار بالا برای اندازهگیری حلالیت گاز کربن دی اکسید از طریق روش حجمی استفاده شده است..[8]
.2 تئوری
ضریب نفوذ بین مولکولی یکی از مهمترین پارامترهای موثر در سرعت انتقال جرم است. برای تعیین این پارامتر روابط تجربی زیادی در دسترس نیست.در این تحقیق حلال محتوی آب و MEA و مواد فعال سطحی و نانو ذرات می باشد. تاکنون هیچ رابطه تجربی برای تخمین ضریب نفوذ گاز در حلال های حاوی نانو ذرات و ماکرو مولکول ها ارائه نشده است. بنابراین جهت تعیین DAB از روش رابطه زیر - 1 - استفاده شده است.
.3 تجربی
.1-3 مواد
در این تحقیق از نانو ذره ی TiO2 شرکت نانو مواد ایرانیان استفاده گردید.گاز CO2 استفاده شده در تمامی آزمایش ها از شرکت بالن گاز ایران تهیه شده که دارای خلوص بیش از 99% مولی می باشد که خواص فیزیکی آن در جدول - 1 - آمده است. حلال مونو اتانول آمین - MEA - با خلوص % 99/99 از شرکت پالایش گاز بید بلند تهیه شده است. خواص فیزیکی MEA را نمایش می دهد. سورفکتنت های SDS وCTAB به عنوان ذرات معلق در حلال و عامل تاثیرگذار در جذب در آزمایش ها استفاده شده است مشخصات آنها در جدول - 3 - و - 4 - و شکل های - - 1و - - 2 ارائه شده است.
