22728

مطالعه‌ي تجربي و مدل‌سازي جذب دي‌اكسيد كربن با حلال ‌هاي شيميايي در حضور ذرات جامد

كارشناسي ارشد

طراحي فرايند

1399/3/27

دكتر احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در اين مطالعه از حلال هاي آميني در حضور و عدم حضور ذرات كربن فعال استفاده شده است. عملكرد جذب را مي¬توان با استفاده از برخي جاذب‌هاي جامد در فاز مايع افزايش داد. اين مي¬تواند سرعت و ظرفيت گاز جذب شده در فاز مايع را بهبود ببخشد. اين رفتار گاهي اوقات مكانيسم شاتل ناميده مي¬شود. حلال‌هاي انتخابي شامل مونو اتانول آمين ((MEA و تري اتانول آمين ((TEA مي‌باشند. محدوده‌ي تجربي مورد مطالعه شامل دماي 60-20 درجه‌ي سلسيوس، فشار 5/9-5/3 بار، غلظت حلال‌ها 5/8-5/2 درصد وزني و مقدار كربن فعال 9/0-3/0 گرم بر ليتر است. بارگيري، مقدار جذب و درصد جذب CO2 به ترتيب در محلول آبي MEA در محدوده‌ي 720/0-443/0 و 687/0-294/0 مول بر ليتر و 25/52-32/19 درصد و در محلول آبي TEA در محدوده‌ي 180/1-572/0 و 506/0-208/0 مول بر ليتر و 61/32-73/12 درصد در حضور ذرات كربن فعال به‌دست‌آمده است. براي آناليز نتايج از مدل چندجمله‌اي درجه‌دو توسط RSM استفاده‌شده است. همچنين براي يافتن ماكزيمم مقدار بارگيري،مقدار جذب و درصد جذب تحت شرايط بهينه، بهينه‌سازي عددي براي هركدام از حلال‌ها به كار گرفته‌شده است. اين مقادير براي حلال MEA به ترتيب برابر 531/0، 609/0 مول بر ليتر و 04/50 درصد و براي حلال TEA به ترتيب برابر 961/0، 504/0 مول بر ليتر و 96/25 درصد تخمين زده‌شده است. بر اساس نتايج، ميزان جذب CO2 در هر دو حلال با اضافه كردن ذرات كربن فعال بيشتر مي¬شود و همچنين اين ذرات براي حلال MEA اثر بخشي بهتري را نسبت به حلال TEA در جذب CO2 نشان داد. 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 73/10-42/3 درصد در حلال MEA، 23/12-87/5 درصد در حلال TEA به‌دست‌آمده است.

1399/09/10

Experimental study and modeling of carbon dioxide absorption by chemical solutions in presence of solid particles

6/16/2020 12:00:00 AM

In this study, amine solvents were used in the presence and absence of activated carbon particles. The performance absorption can be enhanced by applying some solid adsorbents in the liquid phase. This can improve the rate and capacity of separated gas into the liquid phase. This behavior is sometime called shuttle mechanism. The selected solvents in this study include monoethanolamine (MEA) and triethanolamine (TEA). The experimental range is 20-60°C for temperature, 3.5-9.5 Bar for pressure, 2.5-8.5 wt% for solvent concentration and 0.3-0.9 gr/lit avtive carbon content. CO2 loading, the amount of absorption, and absorption percentage were obtained in the range of 0.444-0.720, 0.294-0.687 mol/lit and 19.32-52.25% in MEA, 0.572-1.180, 0.208-0.506 mol/lit and 12.73-32.61% in TEA solutions in the presence of activated carbon particles, 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 0.531, 0.609 mol/lit and 50.04% for the MEA solvent, 0.961, 0.504 mol/lit and 25.96% for the, respectively. From the results, carbon dioxide loading in both solvents increases with adding activated carbon particles, and these particles also showed a better effectiveness for MEA solvent than TEA solvent in CO2 absorption. 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 3.42%-10.73% in MEA solvent, 5.87%-12.23% in TEA.