19564

۱۹۵۶۴

بررسي تجربي و مدل سازي جذب سطحي دي اكسيد كربن بر روي جاذب هاي كربن فعال و سيلكاژل اصلاح شده با هيدروكسيد ليتيم

كارشناسي ارشد

طراحي شبيه سازي و كنترل فرآيند

۹۴-۹۶

۱۳۹۶/۱۲/۱۹

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي نفت و گاز

امروزه نگراني فزاينده اي درباره افزايش انتشار گازهاي گلخانه¬اي، خصوصا دي اكسيد كربن به عنوان اصلي ترين آن¬ها، و بحران افزايش دماي زمين وجود دارد. فرآيندهاي مختلفي براي حذف دي اكسيدكربن ارائه شده است. اخيرا، جذب دي اكسيد كربن با جاذب¬هاي جامد قابل بازيافت به عنوان روشي با مصرف كمينه انرژي براي جذب دي اكسيد كربن مورد مطالعه قرار گرفته است. جاذب¬هاي جامد داراي مزايايي چون ظرفيت بالاي جذب شيميايي، ظرفيت حرارتي پائين، امكان توليد دي¬اكسيد كربن خالص و هم چنين مزاياي زيست محيطي مي¬باشند. در فرآيندهاي جذب سطحي لازم است شدت جذب هر جاذب و مكانيزم جذب و در نهايت رفتار جذب شناسائي شود. با توجه به خاصيت اسيدي گاز دي اكسيدكربن و واكنش قوي بين گاز با هيدروكسيدها، اطلاعاتي خوبي براي جذب هيدروكسيد سديم و هيدروكسيد پتاسيم با كربن دي اكسيد موجود بوده ولي در مورد هيدروكسيد ليتيم اطلاعات به اندازه كافي موجود نمي باشد. در اين تحقيق، جاذب هاي سيليكاژل، هيدروكسيد ليتيم، كربن فعال قبل از اصلاح وكربن فعال اصلاح شده با محلول هيدروكسيد ليتيم براي جذب كربن دي اكسيد مورد بررسي قرار گرفت. آزمايش هاي جذب دريك راكتور بچ در محدوده دماي 30-90 درجه سيلسيوس و يك محدوده فشار 1 تا 9 بار براي بررسي سينتيك، ايزوترم و ترموديناميك فرآيند جذب انجام شد. مقايسه ميان جاذب هاي سيليكاژل و كربن فعال و نتيجه اثر مثبت كربن فعال بعد از اصلاح سطح با استفاده از هيدروكسيد ليتيم منجر به اصلاح سطح كربن فعال با غلظت هاي 12 تا 48 درصد غلظت هيدروكسيد ليتيم شد. براي تعيين شرايط عملياتي بهينه و مطلوب اثر دما، فشار، مقدار جاذب، اندازه ذرات، اثر سرعت همزن، اثر pH محلول و نوع كربن فعال مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه كربن فعال اصلاح شده با 24 درصد غلظت ليتيم هيدروكسيد (24Li-AC) بهترين عملكرد را براي جذب كربن دي اكسيد فراهم مي كند. هم چنين مطالعات سينتيكي نشان داد كه براي كربن فعال اصلاح شده، مدل سينتيكي مرتبه دوم براي دماي 30 و 50 و مدل سينتيكي الوويچ براي دماي 70 و 90 مناسب و براي ليتيم هيدروكسيد مدل مرتبه دوم مناسب است. پارامترهاي ترموديناميك كه براي تعيين نوع جذب، فيزيكي و شيميايي بودن، گرماگير يا گرمازا بودن انجام شد. با استفاده از مدل هاي ايزوترم مشخصات جاذب بعد از شناسايي جذب تك لايه و يا چند لايه امكان پذير بوده است. مدل ايزوترم اسپيس براي جذب كربن دي اكسيد بسيار مناسب بود. واژه‌هاي كليدي: جذب سطحي،كربن فعال، هيدروكسيد ليتيم، ايزوترم، دي‌اكسيد كربن، ترموديناميك، سينتيك

1397/04/19

Modeling and Experimental of Carbon dioxide adsorption on activated carbon and Silica Gel modified by LiOH

7/10/2018 12:00:00 AM

Today there is growing concern about the increasing greenhouse gas emissions, especially carbon dioxide. Carbon dioxide gas has been the main source of greenhouse gas. Different processes have been proposed for the removal of carbon dioxide. Recently, carbon dioxide adsorption with recyclable solids has been studied using the selective low-energy carbon dioxide adsorption method. Merits for solid adsorbents include high chemical adsorption capacity, low thermal capacity, the ability to produce pure carbon dioxide, and environmental benefits as well. It is necessary to identify adsorption capacity, behavior and mechanism for absorbent In adsorption processes. In this study, silica gel adsorbents, lithium hydroxide, actived carbon before reforming and after modifying with lithium hydroxide solution were investigated for carbon dioxide adsorption. The adsorption experiments were carried out in a batch reactor at a temperature of 30-90 ° C and a pressure range of 1 to 9 bars to examine adsorption kinetics, isotherms and thermodynamics of the adsorption process. Activated carbon adsorbents has been compared with silica gel. The results showed that surface modification of activated carbon using lithium hydroxide led to the correction of activated carbon levels using lithium hydroxide at concentration of about 12 to 48%. The effect of temperature, pressure, adsorbent amount, particle size, agitation rate, solution pH and activated carbon type were evaluated to determine the optimal operating conditions. The results showed that modified activated carbon with 24% lithium hydroxide concentration (24Li-AC) provides the best performance for absorbing carbon dioxide. Also, kinetic studies showed that, the second order model was suitable at temperatures of 30 and 50 ° C for modified activated carbon, the Elovich model was suitable at temperatures of 70 and 90 ° C. the second order model was suitable for lithium hydroxide. The thermodynamic parameter was used to determine the type of physical and chemical adsorption, thermostable and thermosetting. Using isotherm models of adsorbent reactions was possible after identification of monolayer and multilayer adsorption. The isotherm sips model was very suitable for carbon dioxide adsorption. Key words: Adsorption, Activated carbon, Lithium hydroxide, Isotherm, Carbon dioxide, Thermodynamics, Kinetics