پديد آورنده :
خانمحمديان، عرفان
عنوان :
بررسي آزمايشگاهي فرايند جداسازي CO2 از مخلوط گازي CO2/ CH4 به وسيله روش تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات اصلاح شده
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
فرايندهاي جداسازي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 76ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
روح اله هاشمي، محسن محمدي
استاد مشاور :
محمدرضا احساني
توصيفگر ها :
هيدرات گازي , دي اكسيد كربن , متان , جداسازي , نانوذرات , اصلاح سطحي , ضريب جداسازي
استاد داور :
علي اكبر دادخواه، عليرضا خزعلي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/05/09
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/05/09
چكيده فارسي :
1 چکیده تشکیل هیدراتهای گازی به عنوان یکی از مشکالت اصلی در خطوط لوله انتقال گاز در صنعت شناخته میشوند تحقیقات اصلی در این زمینه مربوط به شرایط تشکیل هیدرات و تأثیر استفاده از بازدارندهها در به تأخیر انداختن آن است اما در سالهای اخیر ویژگیهای مثبت هیدرات برای ذخیرهسازی و انتقال گاز و جداسازی مخلوط گازها بهعنوان یک فناوری جدید و پیشرفته مورد توجه قرار گرفته است به همین دلیل در سالهای اخیر تحقیقات در زمینه هیدراتهای گازی و کاربردهای آن بهخصوص جداسازی گازها بسیار گسترش یافته است با علم به این موضوع که شرایط ترمودینامیکی تشکیل هیدرات برای گازهای مختلف با یکدیگر متفاوت است با فراهم کردن شرایط برای تشکیل هیدرات یکی از اجزا مخلوط میتوان آن جز را از سایر اجزا مخلوط جدا کرد در این پروژه جداسازی گاز 2 CO از مخلوط 2 CO و 4 CH بهوسیله هیدرات گازی مورد نظر بوده و با توجه به این که مولکولهای دیاکسیدکربن و متان تقریبا هماندازه هستند و شرایط تعادلی آنها به هم نزدیک است نسبت به سایر فرایندهای جداسازی انجامگرفته بهوسیله هیدرات هر دو مولکول شانس تقریبا برابری برای قرار گرفتن در قفسهای هیدرات دارند و متعاقبا ضریب جداسازی آنها کم میباشد بنابراین افزایش بازده جداسازی و همچنین انتخابپذیری فرایند از مواردی بوده که در تحقیقات در حال بررسی است هدف اصلی از انجام این پروژه تحقیق در مورد تأثیر افزودن نانوذرات به فاز آبی و همچنین پارامترهای دیگری همچون فشار اولیه نیروی محرکه نسبت گاز به مایع و غلظت نانوذرات بر روی میزان مصرف گاز n H ضریب جداسازی S F و فاکتور بازیابی R گاز 2 CO در فرایند جداسازی گاز 2 CO از مخلوط گازی 2 CO و 4 CH و متعاقبا میزان جداسازی و همچنین دست یافتن به درک و بینشی در بهبود فرایند جداسازی گازها بهوسیله هیدرات برای حذف 2 CO از مخلوط گازی 2 CO و 4 CH است در این مطالعه جداسازی گاز 2 CO از مخلوط گازی 2 CO و 4 CH شامل 47 مولی متان و 62 مولی دیاکسیدکربن بهوسیله تشکیل هیدرات گازی در حضور نانوذرات سیلیکا به دو صورت خالص و در حضور ماده بازی پتاسیم هیدروکسید و سیلیکا اصالحشده بهصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته و برای این منظور یک راکتور االکلنگی ناپیوسته برای آزمایشهای تشکیل و تجزیه هیدرات گازی آمادهسازی و در آزمایشگاه باالدستی نفت دانشکده مهندسی شیمی راهاندازی شد بهمنظور دستیابی به این هدف تمامی آزمایشها در دمای 277 15 K و دو فشار 30 bar و 04 انجام شده و مشاهده شد که حضور نانوذرات تأثیر مثبتی بر میزان مصرف گاز دارد و همچنین ضریب جداسازی و فاکتور بازیابی را در تمامی سیستمها به جز نانوسیلیکا اصالحشده افزایش میدهد اما در این میان مناسبترین دریافتیها مربوط به نانوسیال شامل سیلیکا و پتاسیم هیدروکسید بود که در بهترین حالت میزان مصرف گاز ضریب جداسازی و فاکتور بازیابی را به ترتیب 63 92 و 83 نسبت به آب خالص بهبود داد مطابق نتایج حاصل از آزمایشها غلظت بهینه برای همه سیستمها شامل نانوذرات سیلیکا و سیلیکا اصالحشده 1 0 درصد وزنی بوده و در این غلظت بهترین نتیجهها بهدست آمد در مورد تأثیر نسبت گاز به مایع مشخص شد که با افزایش این نسبت میزان مصرف گاز افزایش میزان مصرف نسبی گاز نسبت به مقدار گاز خوراک کاهش و همچنین فاکتور بازیابی کاهش مییابد اما مقدار ضریب جداسازی دارای مقداری بهینه است از سوی دیگر در این فرایند میزان مصرف گاز با فشار اولیه رابطه مستقیم دارد ولی ضریب جداسازی و فاکتور بازیابی دارای رابطه معکوس هستند کلمات کلیدی هیدرات گازی دیاکسیدکربن متان جداسازی نانوذرات اصالح سطحی ضریب جداسازی
چكيده انگليسي :
77Experimental investigation of CO2 removal from a CO2 CH4 gas mixture using gas hydrate formation in the presence of modified nanoparticles Erfan Khanmohammadian erfankhanmohammadian@gmail com 07 01 2019 Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan IranDegree M Sc Language FarsiAbstractThe formation of gas hydrates is known as one of the main problems in natural gas transportation pipelines inthe industry The subject of main researches in this area relates to the equilibrium conditions of gas hydrateformation and the effect of inhibitors on the P T curve of gas hydrate However in recent years the positivefeatures of hydrate for storing and transporting of gases as well as separating the mixture of gases have beenconsidered in the scientific researches Regarding to the difference of thermodynamic conditions of hydrateformation for various gases the gas mixtures can be separated by providing the conditions for the formationof hydrate of one of the components of a gas mixture In this study the separation of CO 2 from the mixture ofCO2 and CH4 is investigated using the formation of gas hydrates Generally the separation factor has a lowvalue for this mixture as a result of close values of equilibrium conditions of hydrate formation in the presenceof CO2 and CH4 Therefore increasing the separation efficiency and the process s selectivity is one of the issuesthat is being investigated The main objective of this study is related to the investigation of the influence ofadding nanoparticles to the aqueous phase on the various parameters such as initial pressure driving force gas to liquid ratio and nanoparticle concentration on gas consumption nH separation factor S F andrecovery factor R of CO2 in the process of hydrate based separation of CO 2 from the CO2 and CH4 gasmixture In this work the process of hydrate based CO2 capture from CO2 and CH4 gas mixture 74 mol CH4and 26 mol CO2 was studied in the presence of silica nanoparticles both in pure form and in the presenceof KOH and modified silica To this purpose a high pressure vessel was prepared for the gas hydrate formationand dissociation In order to achieve this aim all experiments were carried out at a fixed temperature 277 15K and two pressures of 30 and 40 bar It was observed that the presence of nanoparticles enhance the gasconsumption separation factor and recovery factor in all systems except for the modified silica The optimumcondition was observed for the nanofluid silica KOH system which in this case gas consumption separationfactor and recovery factor were improved 36 29 and 38 respectively compared to the pure water According to the results of the experiments the optimum concentration for all systems including silica andmodified silica nanoparticles was 0 1 weight and the best results were achieved in this concentration In thecase of the effect of the gas to liquid ratio it was found that with increasing this ratio the amount of gasconsumption increased and the relative gas consumption as compared to the amount of feed gas and therecovery factor decreased but the separation factor had an optimal amount On the other hand the gasconsumption is directly related to the initial pressure but the separation factor and the recovery factor areinversely proportional Key words gas hydrate carbon dioxide methane separation process nanoparticle surface modification separation factor
استاد راهنما :
روح اله هاشمي، محسن محمدي
استاد مشاور :
محمدرضا احساني
استاد داور :
علي اكبر دادخواه، عليرضا خزعلي
