چكيده
چكيده
يكي از مهم¬ترين كاربردهاي فرآيندهاي جداسازي غشايي گاز، جداسازي گازهاي اسيدي CO2 و H2S به منظور شيرين سازي گاز طبيعي مي¬باشد كه با توجه به مزاياي بي¬شمار روش¬هاي جداسازي غشايي مانند كاهش هزينه¬هاي عملياتي، كاهش مصرف انرژي و افزايش سازگاري با محيط زيست توسعه يافته است. هدف از انجام اين پژوهش، ساخت و بهبود عملكرد غشاهاي زئوليتي مناسب براي جداسازي مخلوط گازي CO2/CH4 و CO2/H2S/CH4 مي¬باشد. در اين راستا غشاهايي انتخاب شده¬اند كه براي تركيب گاز طبيعي ايران مناسب بوده، امكان توليد در مقياس صنعتي را داشته و قيمت تمام شده مناسبي داشته باشند. به همين دليل پس از بررسي¬هاي فراوان، چهار زئوليت SAPO-34، MER، NaY و 13X گزينش شده¬اند. سنتز غشاهاي زئوليتي به ترتيب در مراحل ذيل انجام شده است: 1- گزينش پارامترهاي موثر بر سنتز زئوليت¬ها با استفاده از روش¬هاي طراحي آزمايش غربال¬گري، 2- بررسي اثر پارامترهاي سنتز شامل فرمولاسيون ژل زئوليتي و شرايط عملياتي سنتز با استفاده از روش¬هاي طراحي آزمايش، 3- گزينش فرمولاسيون بهينه براي سنتز زئوليت و دست¬يابي به بالاترين درصد بلورينگي و كوچك¬ترين ابعاد بلورها، 4- گزينش سطوح بهينه¬ي پارامترهاي سنتز غشاهاي زئوليتي و دست¬يابي به بالاترين گزينش پذيري و تراوش پذيري با استفاده از فرآيند جداسازي گاز براي مخلوط CO2/CH4، 5- ساخت پايه¬هاي α-آلوميناي مناسب براي غشاهاي زئوليتي، 6- بررسي پارامترهاي موثر بر فرآيند تبادل يون غشاهاي زئوليتي به منظور اصلاح عملكرد آن¬ها در فرآيندهاي جداسازي، 7- آناليز واريانس ANOVA و محاسبات خطا بر روي داده¬هاي به دست آمده، 8- انجام تعدادي آزمايش جداسازي مخلوط CO2/H2S/CH4.
مهم¬ترين دست¬آورد اين پژوهش دستيابي به دانش فني سنتز غشاهاي زئوليتي با گزينش پذيري بالا و تراوش پذيري بسيار بالا مي¬باشد كه امكان استفاده در فرآيندهاي جداسازي گاز با ظرفيت¬هاي بالا، به ويژه فرآيندهاي تركيبي شيرين سازي گاز طبيعي را دارا مي¬باشند. عملكرد اين غشاها در مقايسه با غشاهاي پليمري در سطحي بسيار بالاتر و در مقايسه با ساير غشاهاي زئوليتي در سطحي بالاتر قرار دارد. از ديگر دست¬آوردهاي اين پژوهش، فرمولاسيون و شرايط عملياتي بهينه¬ي سنتز زئوليت¬هاي MER، SAPO-34، NaY و 13X، شرايط بهينه¬ي سنتز غشاهاي زئوليتي، اثر پارامترهاي سنتز و بر هم¬كنش آن¬ها بر ويژگي¬هاي محصول نهايي و تاثير فرآيند تبادل يون بر عملكرد غشاها مي¬باشند. مهم¬ترين نوآوري-هاي اين پژوهش، دست¬يابي به دانش فني ساخت، فرمولاسيون و شرايط بهينه¬ي سنتز بلور و غشاي زئوليتي 13X مي-باشد كه براي نخستين مرتبه انجام شده است. از ديگر موارد نوآوري حاصل از اين پژوهش، انجام آزمايش¬هاي جداسازي گاز براي غشاهاي MER و آزمايش¬هاي جداسازي H2S از CH4 و مخلوط CO2/H2S/CH4 با استفاده از غشاهاي زئوليتي مي¬باشد. فرمولاسيون و شرايط سنتز غشاهاي زئوليتي به ترتيب به شرح ذيل به دست آمده است:
SAPO-34: Al2O3: 0.3 SiO2: 1.0 P2O5: 0.8 TEAOH: 0.8 DPA: 52 H2O, 220°C, 24 h, Lodux, 2 layer
MER: Al2O3: 6.4 SiO2: 4.65 K2O: 137 H2O, 185°C, 18 h, Lodux, 2 layer
NaY: Al2O3: 10.0 SiO2: 9.2 Na2O: 360 H2O, 100°C, 5 h, Lodux, 3 layer
13X: Al2O3: 4.0 SiO2: 6.0 Na2O: 420 H2O, 80°C, 8 h, Lodux,4 layer
بيش¬ترين گزينش پذيري به دست آمده براي غشاهاي زئوليتي SAPO-34، MER، NaY، Na-13X، Li-13X، K-13X و H-13X به ترتيب برابر با 2/30، 1/20، 7/16 و 2/9، 3/13، 05/9 و 46/15 مي¬باشد. تراوش پذيري CO2 از اين غشاها نيز به ترتيب برابر با mol/m2.s.pa 7-10×7/1،7-10×3/1،7-10×1/6،6-10×7/3،6-10×0/2،7-10×3/6 و6-10×9/2 مي¬باشد.
واژگان كليدي: جداسازي غشايي، گاز طبيعي، زئوليت، SAPO-34، MER، NaY، 13X، جذب گزينش پذير، تبادل يون، بلورينگي، گزينش پذيري، تراوش پذيري، دانه نشاني
