30176

گوگردزدايي از سوخت مدل به كمك حلال هاي يوتكتيك عميق (دي اي اس) در سامانه هاي ريز سيالشي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي شيمي- مهندسي شيمي

1396

1402/4/25

محمدامين ثباتي

سلمان موحدي راد - احمد رهبر كليشمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين پايان نامه، گوگردزدايي استخراجي از سوخت مدل ديزل با استفاده از حلال يوتكتيك عميق (DES) در ميكروكانال مورد مطالعه قرار گرفته است. مطالعات محدودي در زمينه گوگردزدايي استخراجي در ميكروكانال صورت گرفته است كه نتايج اميدواركننده بوده است. در اين مطالعه، با سنتزحلال DES مختلف گوگردزدايي استخراجي در دو سيستم ناپيوسته و ميكروكانال مورد پژوهش قرار مي گيرد. بعد از انتخاب مناسب ترين حلال، تاثير پارامترهاي عملياتي (زمان استخراج، دما و نسبت حجمي سوخت به حلال) و پارامترهاي هندسي ميكروكانال (قطر ميكروكانال و طول ميكروكانال) بر روي ميزان گوگردزدايي تركيب گوگردي و ضريب انتقال جرم حجمي مورد مطالعه قرار گرفت. در قسمت آخر مطالعه، طراحي آزمايش جهت ارائه يك مدل مناسب براي فرآيند گوگردزدايي در ميكروكانال مورد مطالعه قرار گرفت. ابتدا هشت حلال DES مختلف با بهره¬گيري از دو ماده از گروه دهنده ي پيوند هيدروژني (HBD) پلي اتين گلايكول 200 (PEG200) و پروپيونيك اسيد (Pr) و چهار ماده از گروه گيرنده ي پيوند هيدروژني (HBA) شامل تري اتيل آمين، كولين كلرايد، تترامتيل آمونيوم كلرايد و روي كلرايد سنتز شده اند. در ادامه با گوگردزدايي استخراجي از سوخت مدل در ميكروكانال ميزان گوگردزدايي، طول لخته، سطح تماس ويژه و ضريب انتقال جرم حجمي براي حلال هاي مختلف مطالعه شدند. نتايج نشان داد كه در ميان HBA هاي مختلف، حلال هاي حاوي تري اتيل آمين عملكرد بهتري در حذف تركيب گوگردي دارند. با درنظر گرفتن غلظت ابتدايي سوخت مدل ppm 100، ميزان گوگردزدايي قابل توجه %2/62 و %75 به ترتيب با استفاده از حلال PEG200/ تري اتيل آمين با نسبت مولي 1:3 (TEA/PEG200 [1:3]) و حلال Pr/تري اتيل آمين با نسبت مولي 1:3 (TEA/Pr [1:3]) در زمان ماند بسيار كوتاه s 3 حاصل شده است. بيشترين ميزان گوگردزدايي (%3/78) در ميكروكانال با استفاده از حلال TEA/Pr [1:3] در زمان ماند s 25 با غلظت اوليه گوگرد سوخت ppm 100 بدست آمده است. علاوه براين، تاثير چرخه هاي گوگردزدايي چند مرحله ايي استخراج، بازيابي حلال TEA/Pr [1:3] و الگوهاي جريان مختلف مورد بحث و بررسي قرار گرفتند. با در نظر گرفتن ميزان گوگردزدايي و ضريب انتقال جرم حجمي مشخص شد كه بهترين هندسه، ميكروكانال با قطر mm 6/0 و طول cm 20 بوده است. الگوهاي جريان بين دو فاز قطره ايي، لخته ايي و انواع جريان حلقوي مختلف در سيستم ميكروكانال مشاهده گرديد. با در نظر گرفتن غلظت اوليه سوخت گوگرد ppm 300، بهترين ميزان گوگردزدايي براي تركيب گوگردي دي بنزوتيوفن، بنزوتيوفن و تيوفن به ترتيب %8/70، %7/68 و %4/44 از سوخت هاي مدل در زمان ماند بسيار كوتاه s 17 بدست آمده است. ضريب انتقال جرم حجمي در ميكروكانال با نسبت حجمي سوخت به حلال 5 برابر با s-1 679/0 محاسبه شده است. همچنين نتايج ثابت كرد كه امكان نيل به استاندارد گوگرد كمتر از ppm 10 براي سوخت مدل در فرآيندهاي استخراج چند مرحله ايي وجود دارد. همچنين نتايج مطالعه حاضر در گوگرزدايي استخراجي در ميكروكانال نشان داد كه الگوي جريان لخته ايي به عنوان مناسب ترين الگو جريان در انتقال جرم مطرح بوده است.

1402/09/17

Desulfurization of model fuel using Deep Eutectic Solvent (DES) in the microfluidic systems

7/15/2024 12:00:00 AM

In the present study, the extractive desulfurization of model diesel fuel has been investigated using different deep eutectic solvents (DESs) in the micro-channels device. This study is categorized in three sections. In the first section, eight different DES were synthesized using polyethylene glycol 200 (PEG200) and propionic acid (Pr) as hydrogen bond donor (HBD) in combination with four different hydrogen bond acceptor (HBA) in a micro-channel. The sulfur removal, slug length, specific interfacial area, and volumetric mass transfer coefficient were investigated for different examined DESs. The remarkable sulfur removal of 62.16% and 75% was achieved using triethylamine/PEG200 with molar ratio of 1:3 (TEA/PEG200 [1:3]) and triethylamine/Pr with molar ratio of 1:3 (TEA/Pr [1:3]) in the residence time of 3 s, respectively. By considering initial sulfur concentration of 100 ppm, the highest sulfur removal in the micro-channel was 78.28% using TEA/Pr [1:3], which was achieved in the residence time of 25 s. In the second section of this study, the extractive desulfurization from the model diesel fuel was investigated in different micro-channels using triethylamine/propionic acid with the molar ratio of 1 to 3 (TEA/Pr [1:3]) as DES. In this regard, the effect of operating parameters (i.e., extraction time, temperature, and fuel to DES volume ratio) and micro-channel geometrical parameters (i.e., the diameter of the micro-channel, and length of the micro-channel) on the sulfur removal and volumetric mass transfer coefficient was investigated. In addition, the slug, droplet and different annular flow regimes were observed in the different micro-channels through two-phase flow visualization. Moreover, the effect of multiple extractive desulfurization cycles, reusability and regeneration of spent TEA/Pr [1:3] has been also investigated. It was found that the best geometry for the micro-channel is 0.6 mm in the diameter and 20 cm in length considering the sulfur removal and mass transfer coefficient. The achieved sulfur removal was 70.8%, 68.7%, and 44.4% from the model fuels containing dibenzothiophene (DBT), benzothiophene (BT), and thiophene (Th) in a very short residence time of 17 s by considering initial sulfur concentration of 300 ppm, respectively. The overall volumetric mass transfer coefficient in the micro-channel was 0.679 s-1 in the model fuel to DES volume ratio of 5. In the last section, design expert was employed for extractive desulfurization in the micro-channels in order to present an empirical model and optimize the process.

حلال يوتكتيك عميق , ميكروكانال , گوگردزدايي استخراجي , سوخت مدل , الگوهاي جريان

Deep eutectic solvent (DES) , Micro-channel , Extractvie desulfurization , Model Fuel , Flow pattern

Ahmad reza mahdavi

Mohammad Amin Sobati