20568

۲۰۵۶۸

مطالعه ي تجربي و مدلسازي جذب دياكسيد كربن با حلال تركيبي سولفولان-آمين

كارشناسي ‌ارشد

مهندسي شيمي - طراحي فرآيند

1395

1397/12/14

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

گاز دي‌اكسيد كربن يكي از اصلي‌ترين آلاينده‌ها است كه با تغيير آب‌وهوا مي‌تواند خسارات جبران‌ناپذيري وارد كند، ازاين‌رو حل اين معضل نياز به توجه جدي دارد. در حال حاضر جذب شيميايي CO2 با محلول‌هاي آبي آلكانو آميني متداول‌ترين روش تجاري جداسازي با بازدهي بالا در صنعت است. در اين مطالعه براي بهره‌وري از مزاياي هر دو جذب فيزيكي و شيميايي و كاهش خوردگي از حلال‌هاي تركيبي استفاده‌شده است. حلال‌هاي انتخابي شامل سولفولان ((SFL، پيپرازين (PZ) و متيل دي اتانول آمين ((MDEA مي‌باشند. محدوده‌ي تجربي مورد مطالعه شامل دماي 70-20 درجه‌ي سلسيوس و فشار 8-2 بار است. غلظت حلال‌هاي تركيبي به‌ ترتيب به‌صورت H2O + wt%) PZ8-2)wt%) SFL+30-10)،+H2O MDEA (wt%20-10)wt%) SFL+20-10) وH2O + wt%) PZ5-1)+ wt%) MDEA5-1)wt%) SFL+5-1) براي حلال‌هاي اول، دوم و سوم است. بارگيري و درصد جذب CO2 به ترتيب در محلول آبي SFL-PZ در محدوده‌ي 248/0-105/0 و 161/79%-023/22% و در محلول آبي SFL-MDEA در محدوده‌ي 375/0-207/0 و 442/98%-843/40% و در محلول آبي SFL-PZ-MDEA در محدوده‌ي 504/0-301/0 و 290/76%-640/19% به‌دست‌آمده است. براي آناليز نتايج از مدل چندجمله‌اي درجه‌دو توسط RSM استفاده‌شده است. همچنين براي يافتن ماكزيمم مقدار بارگيري و درصد جذب تحت شرايط بهينه، بهينه‌سازي عددي با استفاده از RSMبراي هركدام از حلال‌ها به كار گرفته‌شده است. اين مقادير براي حلال SFL-PZ به ترتيب برابر 194/0 و 836/54% و براي حلال SFL-MDEA به ترتيب برابر 308/0 و 73/72% و براي تركيب سه‌تايي حلال‌ها به ترتيب برابر 431/0 و 50/38% تخمين زده‌شده است. بر اساس نتايج، بارگيري CO2 در هر سه حلال تركيبي بيشتر از محلول آبي سولفولان و در مقابل كمتر از محلول آبي آميني به‌دست‌آمده است. در بخش مدل‌سازي با نرم‌افزار متلب بر اساس مدل پيتزر از تركيب معادلات تعادل واكنش‌هاي شيميايي، موازنه‌ي جرم و بار، غلظت اجزاء در بالك مايع محاسبه‌شده است كه داراي روندي مشابه با مطالعات قبلي مي‌باشد. با اضافه كردن معادلات تعادلات فازي امكان تخمين بارگيري CO2 توسط مدل ايجاد شد كه درصد خطاي محاسبه‌شده بين بارگيري تجربي و تخميني 23/16%-86/4% در حلال SFL-PZ، 62/15%-41/1% در حلال SFL-MDEA و 42/22%-08/8% در حلال SFL-MDEA-PZ به‌دست‌آمده است. واژه‌هاي كليدي: جذب، دي‌اكسيد كربن، سولفولان، پيپرازين، MDEA

1398/03/11

Experimental study and modeling of carbon dioxide absorption by sulfolane-amine mixed solvent

6/1/2019 12:00:00 AM

Carbon dioxide is one of the main pollutants that can cause irreparable damage by climate change, hence solving this problem requires serious attention. currently, chemical absorption by aqueous alkanoamine solutions is the most commonly used commercial method for high-efficiency carbon dioxide separation in the industry. In this study, hybrid solvents have been used to take the advantages of both physical and chemical absorption and corrosion reduction. The selected solvents in this study include sulfolane (SFL), piperazine (PZ) and methyldiethanolamine (MDEA). The experimental range is 20-70°C for temperature and a pressure of 2-8 Bar.The concentrations of hybrid solvents include (10-30 wt%) SFL+(2-8 wt%) PZ+H2O, (10-20wt%) SFL+(10-20 wt%) MDEA+H2O and (1-5 wt%) SFL+(1-5 wt%) MDEA+(1-5 wt%) PZ+H2O in the first, second and third solvent, respectievly. CO2 loading and absorption percentage were obtained in the range of 0.105-0.248 and 22.023-79.21% in SFL-PZ, 0.207-0.375 and 40.843-98.442% in SFL-MDEA and 0.301-0.504 and 19.64-76.29% in SFL+PZ+MDEA solutions, respectively. RSM was used in order to analyze the results. In addition, to find the maximum loading and absorption percentage under optimal conditions numerical optimization was used for each solvent. These values are estimated equal to 0.194 and 54.836% for the SFL-PZ solvent, 0.308 and 72.73% for the SFL-MDEA and 0.431 and 38.50% for SFL-MDEA-PZ solvent, respectively. From the results, carbon dioxide loading in all three solvents has been found to be higher than the aqueous sulfolane solution and less than aqueous amine solutions. In modeling with MATLAB software based on Pitzer model, the concentration of species in the liquid bulk was calculated by the combination of chemical equilibrium, mass balance and charge balance, which has a similar trend to previous studies. By adding VLE equations, it was possible to predict the CO2 loading by the model, calculated relative error between experimental and predicted loading is obtained 4.86% -16.23% in SFL-PZ solvent, 1.41%-15.62% in SFL-MDEA and 8.08% to 22.42% in the solvent SFL-PZ-MDEA. Keywords: carbon dioxide, absorption, sulfolane, MDEA, piperazine