توصيفگر ها :
آلكانول آمين , كيتوسان , دي اتانل آمين , شيرين‌سازي گاز , نانوسيال , هيدروترمال , نقاط كوانتمي كربن
چكيده فارسي :
كشور ايران به عنوان اولين كشور دارنده ذخائر گاز طبيعي در جهان محسوب مي‌گردد، لذا جهت توسعه بخش پالايشگاهي صنعت گاز تحقيق در ضمينه روشهاي نوين جداسازي تركيبات در اين بخش ضروري به نظر مي‌رسد. به گاز استحصالي از منابع طبيعي كه غالباً داراي مقاديري از گازهاي اسيدي مي‌باشد، گاز ترش اطلاق مي‌گردد كه استفاده از آن به دليل خورندگي بالا و مسايل زيست محيطي با محدوديت‌هايي روبرو مي‌باشد. بنابراين براي استفاده از گاز ترش جهت مصارف متفاوت (سوخت، پتروشيمي و غيره) تصفيه و پالايش آن اجتناب ناپذير مي‌باشد. عمدتاً گازهاي اسيدي، سولفيد هيدروژن و دي‌اكسيد‌كربن مي‌باشند. شيرين‌سازي گاز‌طبيعي عملياتي است كه در آن اجزاي اسيدي گاز از آن جدا مي‌شوند. عمليات جداسازي اجزاي اسيدي از جريان‌هاي گازي در كيفيت محصول اهميت بالايي دارد و عوامل زيادي در انتخاب فرآيند مناسب براي شيرين‌سازي گاز طبيعي مؤثر مي‌باشند. سال‌هاست روشهاي جذبي كه انحصارا از محلول‌هاي آلكانول‌آمين استفاده مي‌كنند به طور وسيعي براي جذب گازهاي اسيدي در پالايشگاه‌ها به كار گرفته مي‌شوند. اما از آنجا كه معمولاً مقاومت انتقال جرم در ناحيه سطح مشترك مشكل افزايش سطح تماس فازهاي مختلف را به وجود مي‌آورد، راه‌هاي مختلفي براي كاهش اين مقاومت به كار گرفته شده است. اما هر كدام از اين روشهاي مذكور محدوديت‌هاي خاص خود را دارند و از سوي ديگر پيشرفت سريع در فنآوري نانو در دو دهه اخير و استفاده از نانوسيال به عنوان محيطي جديد و مناسب براي انتقال جرم و حرارت، افق جديدي را براي بهبود انتقال جرم و حرارت ايجاد كرده است و در صورت كاربردي شدن استفاده از نانوسيال، قسمت اعظمي از مشكلات مهم صنايع در زمينه انتقال جرم و حرارت برطرف مي‌شود.
در اين پژوهش با بكارگيري منبع كربني كيتوسان و با استفاده از روش هيدروترمال و عامل‌دار نمودن نانوذرات سنتزي با گروه‌هاي عاملي نيتروژن‌دار، نسبت به تهيه نانوذره نقاط كربني اقدام گرديد. بهينه‌سازي نانوذره توليدي با استفاده از متغيرهاي دما و زمان در روش هيدروترمال صورت پذيرفت و منجر به سنتز چهار نانوذره گرديد كه توسط آزمايشات FTIR ،TEM ، XRD و پتانسيل زتا ساختار نانوذرات سنتز شده و پايداري آنها مورد بررسي قرار گرفت. در مرحله بعد با بكارگيري نانوذرات تهيه شده در غلظت‌هاي متفاوت در سيال پايه (محلول 10 % وزني دي اتانل آمين در آب مقطر)، نسبت به تهيه نانوسيال اقدام گرديد. نتايج جذب و دفع صورت گرفته بر روي نانوسيالات تهيه شده نشان داد كه نانوذره منتخب CDCH:N-200-8 در كسر وزني 05/0 ميزان جذب گازهاي اسيدي بيشتري نسبت به ساير نانوذرات از خود نشان مي‌دهد و ميزان جذب دي اكسيد كربن را 8/73 % و ميزان جذب هيدروژن سولفوره را 66 % نسبت به سيال پايه بهبود مي‌بخشد. ضمناً نانوذره مورد نظر نسبت به ساير نانوذرات تهيه شده به ميزان بيشتري فرآيند واجذب را بهبود مي‌بخشد. همچنين نتايج آزمايشات بررسي خواص حرارتي نانوسيال منتخب حاكي از آن بود كه هدايت حرارتي نانوسيال به ميزان 6 % نسبت به سيال پايه بهبود يافته است و ميزان ضريب جابجايي انتقال حرارت نانوسيال نسبت به سيال پايه بهبود يافته و با تغيير رژيم جريان از آرام به درهم اين ميزان بهبود از 3/12% به 7/4 % كاهش مي‌يابد.
چكيده انگليسي :
Iran is the first country with large reservoirs of natural gas in the world; hence, for developing the refining unit in the gas industry, investigation of emerging methods for separating impurities from hydrocarbons seems necessary. Sour gas is referred to as the gas produced from natural reserves, which often contains amounts of acid gases that its utilization is limited due to high corrosiveness and environmental issues. Therefore, to use sour gas for different purposes (fuel, petrochemical, etc.), its purification is inevitable. The main impurities of natural gas are acid gases, including hydrogen sulfide and carbon dioxide. Natural gas sweetening is a separation of the acid gases from the natural gas. The selection of the separation method of acid gases from natural gas streams has great importance on product quality and depends on many factors. For many years, absorption methods, exclusively using alkanolamine solutions, have been widely utilized to absorb acid gases in natural gas refineries. Since the resistance of mass transfer in the interface of two pHases usually causes the problem of providing enough contact area, various techniques have been proposed to reduce this resistance. However, each of these techniques for reducing mass transfer resistance has its limitations and on the other hand, the rapid progress in nanotechnology in the last two decades and the use of nanofluid as a new and suitable material have opened a new window for improving mass and heat transfers and if the use of nanofluid becomes practical, the most of the important problems of industries in the field of mass and heat transfers will be solved.
In this doctoral dissertation, chitosan was used as a carbon source for preparing the carbon dot nanoparticles with the hydrothermal method with along functionalizing the nanoparticles with nitrogenous functional groups. The optimization of the conditions of the hydrothermal method for the nanoparticle synthesis was performed by tuning the variables of temperature and time and led to the synthesis of four types of nanoparticles, in which the textural properties were investigated by FTIR, TEM, XRD and zeta potential analyses. In the next step, carbon dioxide and hydrogen sulfide were absorbed by using the nanoparticle solutions with different nanoparticle concentrations in the base fluid prepared by 10 wt.% of diethanolamine in deionized water. The results of acid gas absorption and desorption using the prepared nanofluids showed that the nanoparticle of CDCH:N-200-8 with a weight fraction of 0.05 had a higher absorption of acid gases than other nanoparticles. The nanoparticle solution prepared with CDCH:N-200-8 improved the carbon dioxide absorption by 73.8% and the hydrogen sulfide absorption by 66% compared to the base fluid. In addition, the aforementioned nanoparticle had appropriate regeneration efficiency compared to other prepared nanoparticles. Furthermore, the results of investigating the thermal properties of the aforementioned nanofluid indicated that the thermal conductivity coefficient of the nanofluid was improved by 6% compared to the base fluid as well as the convectional heat transfer coefficient of the nanofluid; likewise, by shifting the flow regime from laminar to turbulent, the value of these coefficients decreased from 12.3% to 4.7%.
