بخشی از مقاله
چکیده
وجود هیدروکربن های سنگین در ترکیب گاز، استفاده از غشاها در جریان های گاز طبیعی را با مشکل مواجه می کند. به نظر می رسد که حتی حضور مقادیر ناچیز از اجزای میعان پذیر، به ویژه ترکیبات آروماتیکی و هیدروکربن های سنگین، در یک جریان فرآیندی می تواند به طور جدی عملکرد غشاهای پلیمری جداسازی گاز را تحت تاثیر قرار دهد. حضور این اجزاء میعان پذیر در بیشتر موارد باعث تورم یا پلاستیکی شدن غشاهای شیشه ای شده و در نتیجه باعث کاهش انتخابگری غشاها نسبت به حالت ایده آل می شود. در ای ن تحقیق برای بررسی اثر اتان فرآیند جداسازی هیدروژن از متان در حضور و عدم حضور اتان انجام گرفت. فیلتر گرافنی با اندازه منفذ 3/1 آنگستروم هیدروژن و متان را از هم جدا می کند. نتیجه مهم دیگر افزایش سرعت تراوش پذیری مخلوط گاز در حضور اتان است. بعد از انجام شبیه سازی با مخلوط حاوی اتان، تراوش پذیری بدون حضور اتان با مخلوط حاوی اتان مقایسه شد. همچنین می توان گفت که ضریب جداسازی هیدروژن و متان بدون وجود اتان و با مخلوط حاوی اتان یکسان است. این بدین معنی می تواند باشد که اتان به یک میزان تراوش پذیری سایر اجزاء را تحت تاثیر قرار می دهد.
واژه های کلیدی: شبیه سازی، لمپس، غشاء، تراوش پذیری، درصد نفوذپذیری
مقدمه
غشاء به معنای پوسته میباشد. در کل به هر نوع پوسته یا پرده نازک و تراوا یا نیمه تراوا گفته میشود. غشای پلاسمایی در پزشکی، میکروبیولوژی، فیزیولوژی یاختهای و زیست شیمی به پوسته نازک یاختهها که یک دولایه فسفولیپیدی است و به عنوان مرز میان ساختارهای گوناگون یاختهای عمل میکند، گفته میشود.غشاها برای جداسازی محلولها و یا مخلوط گازها کاربرد دارند که بسته به خواص غشاء اعم از استحکام، محافظ تکیهگاه و مواد تشکیل دهنده میتواند کاربردهای گوناگونی داشته باشد. از قرن هجدهم مفهوم غشا شناخته شده است اما تا پایان جنگ جهانی دوم در بیرون از آزمایشگاه این واژه خیلی کم مورد استفاده قرار گرفته است.
در زمان جنگ در اروپا ذخایر آب آشامیدنی به خطر افتاد به همین دلیل فیلتر غشا برای تست ایمنی مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به عدم اطمینان و همچنین هزینههای بالا موجب شد که از غشا به طور گستردهای استفاده نشود. اولین استفاده از غشا در مقیاس وسیع در استفاده از فن آوری میکروفیلتراسیون و تصفیه به طور پیشرفته بود. از سال 1980 این فرایند جداسازی همراه با الکترودیالیز در کارخانجات بزرگ و امروزه نیز در شرکتهای بزرگ از آن استفاده میکنند. درجه ی نفوذ پذیری غشا به اندازه ی منفذ غشا بستگی دارد. با توجه به اندازه منفذ میتوان به صورت میکرو فیلتراسیون - MF - اولترافیلتراسیون - - UF ، نانو فیلتراسیون - NF - و همچنین به روش اسمزی غشا طبقهبندی کرد.
غشا و فرایندهای غشایی همچنین میتواند ضخامتهای مختلف با ساختار همگن یا ناهمگن داشته باشد. همچنین میتواند خنثی و یا باردار و انتقال ذرات میتواند به صورت فعال یا غیر فعال باشد. در حالت دوم فرایند غشا میتواند با فشار، غلظت، مواد شیمیایی و شیب الکتریکی همراه باشد. غشا را می توان به طور کلی به غشا مصنوعی و بیولوژیکی طبقه بندی کرد.امروزه افزایش جمعیت همسو با پیشرفت تکنولوژی باعث بهبود زندگی و در نتیجه افزایش سریع مواد مصرفی و در نهایت باعث ازدیاد پسماند گردیده است به طوری که تولید این مواد در سال های اخیر بحران های هوازیستی عظیمی را در جوامع بشری به وجود آورده و به عنوان یکی از چالش های عمده پیش روی بشر خودنمایی می کند . در سال های اخیر در محل های دفن زباله از تجهیزات مربوط به جمع آوری، کنترل و انتقال گاز استفاده شده است.
جمع آوری گاز محل های دفن زباله - بیوگاز - دارای منافع مختلفی در زمینه های محیط زیستی، اقتصادی و از همه مهم تر انرژی می باشد. بیوگاز تولیدی محل های دفن زباله شهری دارای اجزای آلی و درصد بالایی از گاز متان فرار بوده که باعث آسیب به لایه اوزون می گردد. گازهای محل دفن از انجام مجموعه ای از واکنش های زیست شیمیایی برروی مواد آلی تجزیه پذیر موجود در زباله در شرایط بی هوازی به دست می آید و این گازها شامل متان، دی اکسیدکربن و گازهای هیدروژن، هیدروژن سولفاید، ترکیبات آلی فرار و غیره است. ارزیابی و پیش بینی نرخ تولید و عوامل موثر بر تولید و انتشار گاز از محل های دفن، جهت طراحی این محل ها و بهره برداری موفق گازهای تولیدی به عنوان منابع انرژی دارای اهمیت زیادی می باشند.
هیدروژن از کاربرد گسترده ای در ذخیره های متفاوت برخوردار است که می توان گفت یکی از مهم ترین این کاربردها استفاده در هیدروکراکینگ1 است. تا کنون هیچ منبع شناخته شده ای برای استخراج هیدروژن خالص گزارش نشده است و برای تامین نیازهای صنعت، این ماده را با استفاده از واکنش جابه جایی آب-گاز2 طی فرآیندهای شیمیایی تهیه می کنند. به همین منظور برای به دست آوردن گاز هیدروژن خالص باید مواد اولیه و محصولات تولیدی غیر از هیدروژن را از هیدروژن جداسازی کرد. به دلیل اینکه متان به عنوان مواد اولیه این واکنش است باید ابتدا هیدروژن از متان جدا شده و سپس به مراحل دیگر انتقال داده شود.
کاربرد و فرآیندها
هیدروژن یاH2 به فراوانی در صنعت نفت کاربرد دارد. بزرگترین کاربرد آن در پردازش سوخت های سنگواره ای وتولید آمونیاک است. مصرف کنندگان کلیدیH2 در کارخانه های پتروشیمی عبارتند از: هیدرودآلکیداسیون، هیدرودسولفوریزاسیون و کراکینگ. البته هیدروژن چندین کاربرد مهم دیگر هم دارد. هیدروژن به عنوان یک عامل هیدروژنه کردن بویژه در افزایش سطح اشباع چربی های غیر اشباع، دانه های روغنی و تولید متانول کاربرد دارد. کاربرد دیگر آن به عنوان منبع هیدروژن در تولید هیدروکلریک است. همچنین هیدروژن به عنوان عامل کاهنده در احیای سنگ معدن های فلزی کار می کند - . - L.S. White 1995 هیدروژن به خوبی در بسیاری از خاک های کمیاب و فلزهای واسط حل می شود . - G. Djoekita 2000 - همچنین در فلزهای آمورفی و بلورهای نانو حل شدنی است - . - N. Tanihara 1999
جدا از واکنش های شیمیایی که هیدروژن می تواند در آنها شرکت کند، این ماده کاربرد فراوانی در مهندسی و فیزیک دارد. برای مثال به عنوان گاز پوششی - محافظ - در روش های گوناگون جوشکاری مانند جوشکاری اتمی هیدروژن مورد نیاز است. - K.A. Lokhandwala 1995 - کاربرد دیگر هیدروژن در خنک کردن مولد الکتریکی نیروگاه های برق است. این کاربرد به این دلیل است که هیدروژن دارای بالاترین رسانش گرمایی در میان گازها است. در پژوهش های سرماشناسی مانند مطالعه ابر رسانایی هم بر روی هیدروژن مایع کار می شود. چگالی گاز هیدروژن نزدیک به 1/15برابر هوا است. به همین دلیل در گذشته به عنوان گاز بالابر در بالون ها و کشتی های هوایی کاربرد داشت - . - Koros 2002
متان
فرمول CH4 یک گاز گلخانه ای است و به عنوان سوخت به کار می رود. متان ساده ترین آلکان است. ماده اصلی گاز طبیعی است متان از تجزیه مواد گیاهی در نواحی مردابی تشکیل می شود. این گاز به خاطر توانایی جذب گرما به مقدار فراوان اثر گلخانه ای بیشتری نسبت به گاز دی اکسید دارد. اما به خاطر اینکه مقدار آن در هوا کمتر از کربن دی اکسید است، کربن دی اکسید را عامل اصلی اثر گلخانه ای می دانیم. یکی از تلاش هایی که پیرامون کنترل گرم شدن زمین می شود، تلاش برای تبدیل متان حاصل از فاضلاب ها یا مرداب ها به گاز کربن دی اکسید است. گاز متان سبب آماس یا باد کربن یا ترکیدن اجسام مرده می شود.
