25204

اصلاح مدل ضريب فعاليت Deshmukh-Mather در محاسبات شيرين سازي گاز

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-ترموسينتيك و كاتاليست

97

1400/04/29

دكتر فرزانه فيضي

دانشكده مهندسي شيمي،نفت و گاز

وجود گاز CO2 در اتمسفر باعث افزايش گازهاي گلخانه¬اي، گرم¬تر شدن آب و هواي زمين و بالا آمدن سطح درياها مي¬شود. همچنين حضور CO2 در گاز طبيعي باعث خوردگي و پايين آمدن ارزش حرارتي گاز مي¬شود. در نتيجه حذف CO2 در سال¬هاي اخير يكي از مهم¬ترين عمليات¬هاي محيط زيستي بوده است. امروزه يكي از بهترين روش¬ها براي جداسازي CO2 فرآيند جذب با استفاده از محلول آبي آلكانول آمين است. آلكانول آمين¬ها با توجه به تعداد گروه¬هاي عاملي به سه دسته اصلي تقسيم¬بندي مي¬شوند، كه در ميان آن¬ها، آلكانول آمين¬هاي نوع سوم به دليل جذب گزينش¬پذير H2S و افزايش مقدار CO2 جذب شده در هنگام استفاده از مخلوط آلكانول آمين¬ها كاربرد بيشتري دارند. فرآيند جذب CO2 در محلول آبي آلكانول آمين يك سيستم تعادلي گاز-مايع است، كه براي پيش¬بيني رفتار سيستم بايد معادلات تعادل¬هاي شيميايي و فازي حاكم بر سيستم با استفاده از يك مدل ترموديناميكي حل شود. براي حل اين سيستم دو روش كلي مورد استفاده قرار مي¬گيرد، روش في-في كه فاز مايع و بخار با استفاده از يك معادله حالت الكتروليت (ePR, eSAFT, CPA) مدلسازي مي¬شود، و روش گاما-في كه از يك مدل ضريب فعاليت (extended UNIQUAC, eNRTL, Deshmukh-Mather) براي فاز مايع و يك معادله حالت براي فاز گاز استفاده مي¬شود. در اين كار، ابتدا مدل ضريب فعاليت دشماخ-ماتر اصلاح شد. نكته حائز اهميت در مدل¬هاي انرژي آزاد گيبس اضافي اين است كه، غيرايده¬آلي سيستم در ضريب فعاليت اجزا قرار دارد، و با تنظيم پارامترهاي برهمكنش بين اجزا با استفاده از الگوريتم بهينه¬سازي SCE، نتايج مدلسازي تا حد امكان به داده¬هاي آزمايشگاهي نزديك مي¬شود. با توجه به همين موضوع، مدل دشماخ-ماتر با افزودن يك پارامتر برهمكنش سه¬تايي اصلاح شد. اين معادله در ادامه مدل دشماخ-ماتر توسعه يافته ناميده شد و براي مدلسازي سيستم¬ آب-گاز اسيدي-آلكانول آمين مورد استفاده قرار گرفت. سيستم¬هاي MDEA-CO2-H2O، AMP-CO2-H2O، DEA-CO2-H2O، MEA-CO2-H2O، MOR-CO2-H2O، MDEA-DEA-CO2-H2O، AMP-DEA-CO2-H2O، MDEA-MOR-CO2-H2O و MDEA-H2S-H2O با استفاده از مدل دشماخ-ماتر توسعه يافته مدلسازي شدند. نتايج مدلسازي نشان داد كه، در در بازه دما (303 تا 393 كلوين) و فشار (1/0 تا 192 كيلوپاسكال) مورد مطالعه، مدل دشماخ-ماتر توسعه يافته دقت بالاتري نسبت به مدل دشماخ-ماتر دارد و براي سيستم¬هاي نام برده به ترتيب متوسط درصد قدرمطلق خطاي نسبي برابر با 22/1، 07/1، 83/1، 34/2، 14/1، 66/1، 38/1، 33/1 و 70/2 بدست آمد.

1400/06/23

Modification of Deshmukh-Mather activity coefficient model in gas sweetening calculations

7/20/2022 12:00:00 AM

The presence of CO2 in the atmosphere as a greenhouse gas leads to environmental problems such as climate change, acidification of the oceans and raises the sea level. Also, its existence in natural gas causes corrosion and decreases the thermal value of the gas. Therefore, the removal of CO2 in recent years has been one of the most important environmental operations. Nowadays, one of the most common methods for CO2 capture is absorption in aqueous alkanolamine solutions. According to their functional groups, alkanolamines are mainly divided into three groups. Among them, the third type of alkanolamines are used more due to the selective absorption of H2S and the increase in the amount of CO2 absorbed specially when using a mixture of alkanolamines. Absorption of CO2 in an aqueous solution of alkanolamine is a vapor-liquid equilibrium system for which phase equilibrium, chemical equilibrium and mass balance equations must be solved simultaneously. For phase equilibrium, two general approaches are used, the φ-φ approach in which the liquid and and vapor phases are modeled using an electrolyte equation of state (ePR, eSAFT, CPA), and the γ-φ approach which is modeled by using an activity coefficient model (extended UNIQUAC, eNRTL, Deshmukh-Mather) for the liquid phase and an equation of state for the gas phase. In this work, the Deshmukh-Mather gibbs free energy model is modified by introducing a new term that accounts for triplet interactions. The modification is called the modified Dashmukh-Mather model and was used to model the water-acid gas-alkanolamine systems. MDEA-CO2-H2O, AMP-CO2-H2O, DEA-CO2-H2O, MEA-CO2-H2O, MOR-CO2-H2O, MDEA-DEA-CO2-H2O, AMP-DEA-CO2-H2O, MDEA-MOR-CO2-H2O, and MDEA-H2S-H2O systems were modeled using the modified Dashmukh-Mather model. The results showed that, in the temperature and pressure ranges considered, the modified Dashmukh-Mather model had higher accuracy in comparison to the original Deshmukh-Mather model. The average absolute deviation percentage deviation of 1.22, 1.07, 1.83, 2.34, 1.14, 1.66, 1.38, 1.33, and 2.70 are obtained for the above systems, respectively.

مدلسازي ترموديناميكي , جذب كربن دي¬اكسيد , آلكانول آمين , مدل دشماخ-ماتر

Thermodynamic modeling , Carbon dioxide absorption , Alkanolamine , Dashmukh-Mather model