بخشی از مقاله
حذف سولفید هیدروژن توسط نانو کاتالیست اکسید روي
چکیده:
در این تحقیق، از کاتالیستهاي اکسید روي براي حذف گاز سمی و خورنده سولفید هیدروژن استفاده شده است. هدف اصلی افزایش بازدهی جذب سولفید هیدروژن از سوختهاي هیدرکربنی مانند گاز متان، توسط نانو کاتالیست اکسید روي است.
بطور کلی، در این تحقیق شرایط بهینه براي حذف سولفید هیدروژن از گاز متان به طور آزمایشگاهی جستجو می شود. به این جهت یک مجموعه شامل راکتور جذب سولفید هیدروژن طراحی و در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده و آزمایشات پیش فرض براي یافتن شرایط بهینه فرایند انجام گرفته است. نانو کاتالیستهاي اکسید روي جهت جذب سولفید هیدروژن ساخته شده و در راکتور بستر ثابت قرار می گیرند. کیفیت ذرات نانو کاتالیست با استفاده از میکروسکوپ الکترونی بررسی و کنترل شده است. همچنین عملکرد فرایند حذف سولفید هیدروژن با نانو اکسید روي از طریق اندازه گیري نسبت غلظت سولفید هیدروژن در جریان گاز خروجی به غلظت سولفید هیدروژن C/C0 در جریان گاز خوراك نشان داده شده است.
از این رو، اثر تغییر شرایط عملیاتی و فیزیکی مانند دما و فشار عملیاتی، غلظت سولفید هیدروژن در خوراك ورودي، سرعت ظاهري خوراك، اندازه قطر ذرات نانو کاتالیست و اندازه ارتفاع بستر کاتالیستی طی یکسري آزمایشات در این تحقیق بررسی شدند. در نهایت، بر اساس نتایج آزمایشات موارد بهینه عملیاتی و فیزیکی گزارش شده است. میزان فشار بهینه 15 اتمسفر، دماي بهینه 300 درجه سانتیگراد، ارتفاع بهینه بستر 70 سانتی متر و قطر نانوذره بهینه 35 نانومتر بدست آمده است.
با ایجاد این شرایط بهینه در فرایند، میزان نسبت C/C0 برابر 0/022 براي سولفید هیدروژن در جریان گاز مشاهده شده است.
علاوه بر یافته هاي بهینه براي فرایند حذف سولفید هیدروژن در گاز، بر اساس آزمایشات طراحی شده می توان به نتایج دیگري نیز در زمینه اثر شرایط خوراك بر کیفیت عملکرد حذف سولفید هیدروژن رسید. افزایش غلظت سولفید هیدروژن در خوراك، افزایش سرعت ظاهري خوراك و افزایش اندازه قطر نانوکاتالیست سبب کاهش بازدهی فرایند و افزایش غلظت خروجی سولفید هیدروژن در گاز دانست.
مقدمه
گسترش صنایع در جهت برطرف نمودن نیازهاي بشري گسترش یافته است. اما همواره مشکلات زیست محیطی ناشی از گسترش صنایع و گازهاي آلاینده منتشر شده در هوا، تهدیدي براي محیط زیست بشمار می آید.
امروزه با گسترش تکنولوژي نانو، امکان حذف موثر آلاینده هاي زیست محیطی ایجاد گردیده است. نانوکاتالیستهاي اکسید روي با داشتن سطح موثر زیاد قدرت بالایی در جذب گازهاي آلاینده دارد. با استفاده از فرایند جذب در جامد و استفاده از نانو کاتالیست اکسید روي می توان امکان حذف سولفید هیدروژن از گازهاي خروجی از پالایشگاه، پتروشیمی و دیگر صنایع وجود دارد.
اما یافتن شرایط بهینه در فرایند جذب با نانو کاتالیست جامد، امکان طراحی بهینه و عملکرد بهینه فرایند را ایجاد می کند. در نتیجه علاوه بر حذف بهینه سولفید هیدروژن از گاز، در مصرف انرژي و مواد صرفه جویی شده و فرایند بطور اقتصادي و بهینه داراي بازدهی بالایی خواهد شد.
راهکارهاي متعددي براي حذف گاز سولفید هیدروژن وجود دارد. در سالهاي اخیر و با توجه به گسترش علم نانو و مورد توجه قرار گرفتن این تکنولوژي به عنوان تکنولوژي روز جهان تلاش مهندسین و متخصصین در جهت بهره گیري از این تکنولوژي در شاخه هاي مختلف علمی و صنعتی موجب ارائه طرح هاي مختلفی در راستاي استفاده از این تکنولوژي در صنعت نفت و گاز گردیده است.
اکسید روي از اکسیدهاي فلزي بسیار ارزشمند و پر مصرف در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است که در برج هاي جذب سولفید هیدروژن، کاتالیست هاي متداول صنایع پتروشیمی، حسگرهاي هشدار دهنده گازهاي اسیدي، جاذب سولفیدها و سولفید هیدروژن در محیط هاي سیال حفاري به کار می رود . در این پژوهش نانو ذرات اکسید روي با توجه به ویژگی خاصی که در جذب سولفید هیدروژن دارند. به عنوان جاذب جهت جذب گاز سولفید هیدروژن موجود در نمونه هاي سوخت گازي مورد استفاده قرار می گیرد.
مواد و روش ها
یک مخزن استوانه اي آزمایشگاهی به عنوان رأکتور بستر ثابت براي جذب سولفید هیدروژن استفاده شده است. دماي فرایند با استفاده از یک جکت بخار که حول رأکتور است تثبیت شده است.
گاز خوراك از ترکیب متان و سولفید هیدروژن حاصل می شود. بدلیل وجود ناخالصی احتمالی در گاز، جریان متان از یک فیلتر عبور نموده و با یک شیر کنترل میزان آن تنظیم می شود. میزان غلظت سولفید هیدروژن با دبی تنظیمی گذرنده از شیر دبی جریان، تعیین می شود.
پس از اختلاط هر دو جریان گاز و ساخت خوراك با درصد سولفید هیـدروژن مـورد نظـر، فشـار عملیاتی با استفاده از کمپرسور در رنج 1 اتمسفر تا 20 اتمسفر بسته به شرایط مورد نظر تنظیم مـی شود. ارتفاع مخزن 130 سانتیمتر است که امکان قرار گرفتن بستر کاتالیسـتی در آن تـا ارتفـاع 110سانتیمتري وجود دارد و قطر داخلی آن 10 سانتیمتر است. تمام تجهیزات و اتصالات از فولاد ضـد زنگ ساخته شدند.
شکل 1 به صورت خلاصه نشان دهنده ساختار و تجهیزات آزمایشگاهی استفاده شده جهت جذب سولفید هیدروژن از گاز متان با استفاده از نانو ذرات کاتالیستی اکسید روي می باشد.
جهت بررسی پارامترها، ابتدا با تغییر دبی بخار در جکت و نیز دماي بخار، اثر دماهاي پیش فرض بر میزان بازدهی فرایند مطالعه شده است. با استفاده از دستگاه کروموتوگراف می توان میزان غلظت خروجی سولفید هیدروژن را یافت و از مقایسه با غلظت خوراك به میزان بازدهی وعملکرد فرایند حذف سولفید هیدروژن پی برد. پس از یافتن دماي بهینه فرایند، دومین پارامتر عملیاتی یعنی فشار بررسی می شود. با ثابت نگه داشتن دماي راکتور فشارهاي متفاوت عملیاتی چک می شود. با یافتن فشار و دماي عملیاتی و تثبیت این دو پارامتر، دیگر پارامترهاي فیزیکی چون ارتفاع اندازه قطر ذرات کاتالیست بررسی می شوند.
