30013

مطالعه تجربي ميزان جذب گاز كربن دي اكسيد توسط سرباره كارخانه فولاد و بهبود عملكرد آن

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- طراحي فرايند

1399

1402/6/11

احد قائمي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

جاذب هاي كارآمد و مقرون به صرفه براي جذب CO2 در اجراي فناوري جذب كربن براي كاهش تأثير منفي انتشار گازهاي گلخانه اي ضروري هستند. اين مطالعه بر تشكيل جاذب‌ هاي نانومتخلخل جديد از سرباره صنعتي با استفاده از روش رسوب‌گذاري ساده و مقرون‌به‌صرفه تمركز دارد. در اين روش، سرباره خام به مدت 48 ساعت آسياب شد و به عنوان معياري براي مقايسه با دو جاذب تازه سنتز شده استفاده شد. آزمايش‌هاي گزينش‌پذيري و ايزوترم گاز خالص براي همه جاذب‌ها در محدوده دمايي 25 تا 65 درجه سانتي‌گراد و همچنين در شرايط صنعتي 65 درجه سانتي‌گراد و 85/15 درصد N2/CO2 انجام شد. اين مطالعه از روش سطح پاسخ (RSM) براي بهينه سازي پارامترهاي جذب استفاده كرد. به طور خاص، شرايط جذب بهينه براي شرايط 85/15 درصد N2/CO2 تعيين شد و مقادير بهينه براي فشار، دما و انتخاب پذيري به ترتيب برابر با 5 بار، 45 درجه سانتي گراد و 5.65 بود. جاذب NH3-slag بر اساس انتخاب پذيري و حداكثر ظرفيت جذب به عنوان جاذب برتر شناخته شد. حداكثر ظرفيت جذب و راندمان چرخه اي به ترتيب 15/4 ميلي مول بر گرم و 1/98 درصد در دما، فشار و تركيب 45 درجه سانتي گراد، 5 بار و 15 درصد CO2 تعيين شد. براي بررسي بيشتر فرآيند جذب، از مدل هاي ايزوترم و ترموديناميكي استفاده شد. نتايج ايزوترم نشان داد كه جذب دي‌اكسيد كربن توسط جاذب‌ها به‌صورت ناهمگن و تك‌لايه در سايت‌هاي جدا جدا رخ مي‌دهد. در همين حال، پارامترهاي ترموديناميكي نشان داد كه فرآيند گرمازا و خودبخودي بوده و °ΔH زير 20 كيلوژول بر مول نشان‌دهنده پديده‌ جذب فيزيكي مي باشد.

1402/08/20

Experimental study of carbon dioxide gas adsorption by steel factory slag and improving its performance

9/1/2024 12:00:00 AM

Efficient and affordable adsorbents for CO2 capture are essential in the implementation of carbon capture technology to mitigate the negative impact of greenhouse gas emissions. This study focuses on the synthesis of new nanoporous adsorbents from industrial waste slag using a simple and cost-effective coprecipitation method. In this method, raw slag was milled for 48 hours and utilized as a benchmark for comparison with two newly synthesized adsorbents. selectivity and pure gas isotherm experiments were conducted for all adsorbents in a temperature range of 25°C-65°C and also, under harsh industrial conditions of 65°C and 15% CO2. This study utilized the response surface methodology (RSM) to optimize adsorption parameters. Specifically, the optimized adsorption conditions were determined for the 15/85% CO2/N2 condition, and the optimal values for pressure and temperature were found to be 5 bar and 45°C which resulted in CO2/N2 selectivity of 5.65. The NH3-slag adsorbent was identified as the superior choice based on its selectivity and maximum adsorption capacity. The maximum adsorption capacity and cyclic efficiency were determined to be 4.15 mmol/g and 98.1%, respectively, at a temperature, pressure, and composition of 45°C, 5 bar, and 15% CO2. To further investigate the adsorption process, isotherm, and thermodynamic models were employed. The isotherm results indicated that the adsorption of CO2 by adsorbents occurred heterogeneously and mono-layered in patch-wise sites. Meanwhile, the thermodynamic parameters showed that the process was exothermic and spontaneous, with ΔH° falling below 20 (kJ/mol), showing physisorption phenomenon.

جذب N2/CO2 , انتخاب پذيري , سرباره صنعتي , جاذب بر پايه اكسيد فلز , روش سطح پاسخ

CO2/N2 adsorption , selectivity , Industrial waste slag , Metal oxide-based adsorbent , RSM

Mahyar Ashoorzade

Dr. Ahad Ghaemi