21216

۲۱۲۱۶

نم زدايي و گوگردزدايي از جريان گازي بوتان و پروپان با استفاده از زئوليت هاي نانو ساختار

دكتري تخصصي

شيمي تجزيه

۱۳۹۳-۱۳۹۸

۱۳۹۸/۴/۱۱

دكتر منصور انبياء

شيمي

چكيده: روش¬هاي تحقيقاتي بسياري جهت حذف مركاپتان و رطوبت از جريان گاز مايع در حال تحقيق و بررسي است. ساخت جاذب مناسب و با كارايي بالا از موثرترين روش¬ها در جهت حذف اين ناخالصي¬ها به شمار مي¬رود. در اين رساله، زئوليت¬هاي فوجاسيت به دليل داشتن مساحت سطح بالا، حجم حفره مناسب، مقرون به صرفه بودن و همچنين قطبيت بالا به عنوان كانديداي اصلي در راستاي حذف مركاپتان و رطوبت از جريان گاز مايع انتخاب شد. ابتدا با شناخت روش¬هاي مختلف سنتز اين نانوزئوليت¬ها چالش¬هاي پيش رو در سنتز آنها شناسايي و سپس آزمايشات براي بررسي پارامترهاي موثر بر سنتز به منظور بهبود خواص اين جاذب¬ها انجام گرفت. سنتز نانوزئوليت فوجاسيت (Y-NZ) با استفاده از پليمر پلي¬وينيل¬الكل به عنوان يك مهاركننده رشد در شرايط مختلف دما، زمان و غلظت پليمر بررسي شده است. نتايج شناسايي با تست¬هاي مختلف مانند BET، FE-SEM، XRD، EDX و TEM نشان داد كه اين پليمر با پوشش¬دهي، حفاظت و پايداركردن نانوذرات بي شكل در دماي بالا تبديل سريع نانوذرات آلومينوسيليكات بي شكل را به نانوساختارهاي بلوري هموار مي¬كند. زئوليت¬هاي فوجاسيت با اندازه كمتر از nm 30 همراه با مساحت سطح بالا (m2/g 816)، حجم حفره بالاcm3/g) 73ر0) و همچنين بلورينگي بالا تنها در 5 ساعت و در دماي C° 100سنتز شد. به منظور افزايش ظرفيت جذب، گزينش¬پذيري و بهبود كارايي جاذب Y-NZ جهت حذف اتيل¬مركاپتان از گاز، كامپوزيتي از اين نانوزئوليت با مزومتخلخل سيليكاتي MCM-41 تهيه(Y-NZ/MCM-41) و در نهايت با گروه¬هاي پلي¬پيرول (PPY) اصلاح گرديد ( Y-NZ/MCM-41/PPY1 و (Y-NZ/MCM-41/PPY2. ساختار مواد سنتز شده با استفاده از روش¬هاي شناسايي مختلف بررسي و سنتز تركيبات مورد نظر تاييد گرديد. نتايج حاصل از اندازه¬گيري ظرفيت ¬جذب اتيل مركاپتان بر روي اين جاذب¬ها در يك بستر ثابت مورد بررسي قرار گرفت. اندازه گيري منحني¬هاي شكست، توانايي جاذب¬هاي Y-MZ، Y-NZ، Y-NZ/MCM-41، Y-NZ/MCM-41/PPY1 و Y-NZ/MCM-41/PPY2 در حذف ppm 100 اتيل¬مركاپتان از گاز را ارزيابي مي-كند. مقادير ظرفيت جذب جاذب¬ها به ترتيب70، 159، 46، 115 و mg/g20 محاسبه شد. Y-NZ به دليل مساحت سطح بالا، نفوذ¬پذيري بالا، بالا بودن مكان¬هاي اسيد لوئيس و همچنين برهمكنش¬هاي مناسب با اتيل-مركاپتان نسبت به ديگر جاذب¬ها از ظرفيت جذب بالاتري برخوردار مي¬باشد و در نتيجه مي¬تواند گزينه¬اي ايده¬آل در جهت كاهش محتواي اتيل¬مركاپتان از گاز مايع محسوب گردد. همچنين، به منظور اصلاح و افزايش ظرفيت جذب، اين نانو زئوليت با تك كاتيونهاي Cu، Ce ، La (Cu/Y-NZ، Ce/Y-NZ و La/Y-NZ ) و همچنين دوكاتيوني Cu-Ce و Cu-La تبادل يون شده(La-Cu/Y-NZ و Ce-Cu/Y-NZ ) پتانسيل آنها در حذف اتيل¬مركاپتان از جريان گاز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل حاكي از عملكرد بهتر زئوليت¬هاي تبادل يون شده نسبت به زئوليت Y-NZ مي¬باشد. در زئوليت¬ها، تبادل كاتيون سديم با كاتيون دو و يا سه ظرفيتي باعث افزايش خاصيت اسيدي و همچنين باعث كاهش تعداد كاتيون¬ها و در نهايت باعث افزايش فضاي بيشتر درون حفره¬هاي زئوليت¬ها مي¬گردد و اين خود مي¬تواند دليلي براي افزايش ظرفيت جذب Cu/Y-NZ، Ce/Y-NZ، La/Y-NZ، La-Cu/Y-NZ، Ce-Cu/Y-NZ در مقايسه با Y-NZ با كاتيون Na+ باشد. مقادير ظرفيت جذب براي جاذب¬ها به ترتيب172، 157، 164، 184، 173 و mg/g147 محاسبه شد. در نهايت، زئوليت¬هاي با اندازه نانو (Y-NZ) و ميكرو (Y-MZ) جهت حذف رطوبت از جريان گاز بررسي و مقايسه شدند. نتايج حاصل حاكي از عملكرد بهتر Y-NZ با ظرفيت جذب mg/g 2ر22 در مقايسه با Y-MZ با ظرفيت جذب mg/g 4ر15 مي¬باشد. اين جاذب¬ها در دماي 350 درجه سانتي¬گراد تحت جو نيتروژن و به مدت 5 ساعت بازيابي شدند.

1398/06/08

Dehydration and desulfurization of propane and butane gaseous stream using nanostructure zeolites

7/1/2020 12:00:00 AM

Demercaptanization and dehydration improve the quality of the final liquefied petroleum gas ( LPG) and therefore are of great important operations in natural gas refinery. Among different technologies, adsorption using solid sorbents is known as one of the most efficient process. The Faujasite zeolite is highly desired for desulfurization of fuels because of their many beneficial properties, such as physical and hydrothermal stabilities, non-toxicity, high surface areas, their tuneable selectivity regarding polar molecules, good regenerability, and good cost-benefit ratios; nevertheless, there have been many efforts to enhance properties by preparing nanosized and hierarchically structured zeolites. Herein, the Y-Microzeolite (Y-MZ), Y-Nanozeolite (Y-NZ), Y-NZ/MCM-41 composite and Poly pyrrole-functionalized Y-NZ/MCM-41 composite with low (Y-NZ /MCM-41/PPY1) and high loading(Y-NZ/MCM-41/PPY2) were prepared as viable options for investigation the nanosized and hierarchically structured zeolites onto adsorption of Ethyl-Mercaptan(Et-mercaptan) from liquefied petroleum gas(LPG) by means of providing high pore diameters, high surface areas, high mass transfer properties and high reactivity. The synthesized materials were studied via XRD, SEM, EDX, FT-IR, TGA and BET methods. The experimental column breakthrough curves studies underline the potential of these material for removal of Et-Mercaptan from LPG on the basis of Et-Mercaptan sorption capacity, stability and regenerability. Under the experimental conditions explored, the adsorption capacities of adsorbents for Et-mercaptan decreased in the sequence: Y-NZ > Y-NZ/MCM-41/PPY1> Y-MZ >Y-NZ/MCM-41> Y-NZ/MCM-41/PPY2 which were 159, 115, 70, 46 and 20 mg/g, respectively. Compared to investigated adsorbents, Y-NZ adsorbent has high capacities for Et-Mercaptan adsorption from LPG and being stable to multiple regeneration cycles under temperature of 350 °C during 5h, while Y-NZ /MCM-41/PPY1 composite with relatively high adsorption capacities being not stable to multiple regeneration cycles under temperature desorption and some undesirable reactions, e.g., decomposition of PPY were performed onto the composite. The nature of ethyl-mercaptan adsorption and the impact of multiple adsorption−desorption cycles on the adsorbents have been studied using FT-IR. Also, the potential of Y-NZ modified with single Cu, Ce, La cations, as well as Cu-Ce and Cu-La for removal of Et-Mercaptan from LPG.were investigated. The results show that the exchanged samples have higher performances in terms of adsorption capacity compared to the untreated zeolite, that adsorbs about 172, 157, 164, 184, 173 and 147 mg/g for Cu/Y-NZ, Ce/Y-NZ, La/Y-NZ, La-Cu/Y-NZ, Ce-Cu/Y-NZ and Y-NZ, respectively. Y-MZ and Y-NZ were compared to remove moisture from gas.The results showed that he Y-NZ have higher performance in terms of adsorption capacity compared to the Y-MZ, that adsorbs about 22.2 and 15.4 g/g, respectively. These nanostructures were recovered at 350 ° C under nitrogen atmosphere for 5 hours.