شماره مدرك
21016
شماره راهنما
18037
پديد آورنده
عسگري، محسن
عنوان
جداسازي CO2 از مخلوط گازي CH4/CO2 به وسيله روش تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات اكسيد آهن به¬منظور ذخيره¬سازي دي¬اكسيدكربن و كاهش آلايندگي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
فرايندهاي جداسازي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
سيزده، 60ص، مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
هيدرات گازي , دي اكسيد كربن , مخلوط گازي , نانوذرات , ضريب جداسازي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/08
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
دانشكده
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/14
كد ايرانداك
23216198
چكيده فارسي
گازهاي گلخانه¬اي بعد از بخار آب عمدتاً از دي¬اكسيد كربن (CO2) و متان (CH4) تشكيل شده¬اند. از آنجا كه حضور دياكسيد كربن در كنار گاز متان در گاز طبيعي حاصل از بيوگاز (CH4+CO2) موجب كاهش ارزش حرارتي آن ميشود، حذف دياكسيد كربن از اين مخلوط گازي اهميت ويژهاي دارد. علاوه بر اين، ذخيرهسازي و استفاده مجدد از دياكسيد كربن حذفشده در صنايع مختلف، از دو جنبه حائز اهميت است: نخست از ديدگاه زيستمحيطي و كاهش آلايندگي، و دوم از منظر بهرهبرداري بهينه از متان بهعنوان يك سوخت با ارزش حرارتي بالاتر. در اين پروژوهش، جداسازي گاز از مخلوط به وسيله تشكيل هيدرات گازي مدنظر بوده است. همچنين با توجه به اينكه مولكولهاي دياكسيد كربن و متان تقريباً هماندازه هستند و شرايط تعادلي آنها به يكديگر نزديك است، هر دو مولكول شانس تقريباً برابري براي قرار گرفتن در قفسهاي هيدرات دارند و در نتيجه ضريب جداسازي آنها پايين ميباشد. بنابراين، افزايش بازده جداسازي و همچنين انتخابپذيري فرآيند از مواردي است كه در تحقيقات در حال بررسي ميباشد. هدف اصلي اين پروژه، بررسي تأثير افزودن نانوذرات به فاز آبي و همچنين پارامترهاي ديگري همچون فشار اوليه (نيروي محركه اوليه)، نسبت گاز به مايع و غلظت نانوذرات بر ميزان مصرف گاز) "∆" n_H(، ضريب جداسازي (S.F) و فاكتور بازيابي (R%) گاز دياكسيدكربن در فرآيند جداسازي گاز از مخلوط گازي و متعاقباً ميزان جداسازي است. همچنين هدف ديگر اين مطالعه، دستيابي به درك و بينشي بهتر در بهبود فرآيند جداسازي گازها به وسيله تشكيل هيدرات براي حذف دياكسيدكربن از مخلوط گازي ميباشد. در اين مطالعه، جداسازي گاز از مخلوط گازي (شامل 70% مولي CH4 و 30% مولي CO2)، با بررسي تشكيل هيدرات گازي در حضور نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات و اثر همافزايي اين دو، بهصورت آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور، يك راكتور ناپيوسته براي انجام آزمايشهاي تشكيل و تجزيه هيدرات گازي آمادهسازي و در آزمايشگاه راهاندازي شد. بهمنظور دستيابي به اين هدف تمامي آزمايشها در دماي 1 و 4 درجه سلسيوس و فشارهاي 40 و 54 بار انجام شد و مشخص گرديد كه حضور نانوذرات در بازه غلظتي مناسب تأثير مثبت و قابلتوجهي بر ميزان مصرف گاز و همچنين افزايش ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي در تمام سيستمها دارد. در اين ميان بهترين نتايج مربوط به نانوسيالي با غلظت 0.5 درصد وزني و همچنين اثر همافزايي نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات بود كه موجب بهبود معنيدار ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي نسبت به آب خالص شد. براي ميزان مصرف گاز نيز كه در دو فشار 40 و 54 بار بررسي شد به ترتيب سديم دودسيل سولفات در غلظت 0.01 درصد وزني در فشار 54 بار و نانوذرات اكسيد آهن در غلظت 0.1 درصد وزني بهترين عملكرد را ارائه دادند. براساس نتايج آزمايشها غلظت بهينه براي تمام سيستمها شامل نانوذرات اكسيد آهن و سديم دودسيل سولفات به ترتيب 0.5 و 0.05 درصد وزني بود كه بهترين نتايج در اين شرايط به دست آمد. همچنين مشخص شد كه با افزايش نسبت گاز به مايع و نيروي ميزان مصرف گاز افزايش مييابد (بر اساس نتايج، بيشترين مقدار مول گاز مصرفي مربوط به غلظت 0.01٪ وزني سديم دودسيل سولفات (SDS) در فشار 54 بار است؛ بهطوريكه ميزان مصرف گاز در اين شرايط حدود 54.2٪ بيشتر از حالت آب خالص بوده است) و فاكتور بازيابي كاهش پيدا ميكند اما ضريب جداسازي در يك بازه مشخص داراي مقدار بهينه است. از سوي ديگر مشاهده شد كه ميزان مصرف گاز با فشار اوليه رابطه مستقيم دارد در حالي كه ضريب جداسازي و فاكتور بازيابي با فشار اوليه رابطه معكوس نشان ميدهند.
چكيده انگليسي
Greenhouse gases after water vapor are mainly composed of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). Since the presence of carbon dioxide along with methane in natural gas from biogas (CH4 + CO2) reduces its calorific value, the removal of carbon dioxide from this gas mixture is of particular importance. In addition, the storage and reuse of removed carbon dioxide in various industries is important in two aspects: first, from the perspective of the environment and the reduction of pollution, and second, from the perspective of the optimal use of methane as a fuel with a higher calorific value. In this project, the separation of gas from the mixture by the formation of gas hydrate has been considered. Also, due to the fact that the molecules of carbon dioxide and methane are about the same size and their equilibrium conditions are close to each other, both molecules have an almost equal chance of being in hydrate cages and as a result their separation coefficient is low. Therefore, increasing the separation efficiency as well as the selectivity of the process is one of the issues being studied in the research. The main purpose of this project is to investigate the effect of adding nanoparticles to the aqueous phase as well as other parameters such as initial pressure (initial driving force), gas to liquid ratio and nanoparticle concentration on gas consumption (" ∆" n_h), separation coefficient (S.F) and recovery factor (R%) Carbon dioxide in the process of separation of gas from the gas mixture and subsequently the degree of separation. Also, the other purpose of this study is to achieve better understanding and insight in improving the process of gas separation by forming hydrate to remove carbon dioxide from the gas mixture. Gas from the gas mixture (including 70% mol of CH4 and 30% mol of CO2), was examined by laboratory by examining the formation of gas hydrate in the presence of iron oxide and sodium dodecyl sulfate nanoparticles and the synergistic effect of the two. In order to achieve this goal, all experiments were performed at 1 and 4 degrees Celsius and pressures of 40 and 54 bar, and it was found that the presence of nanoparticles at a suitable concentration range was determined. It has a positive and significant effect on gas consumption as well as increasing the separation coefficient and recovery factor in all systems. Among these, the best results were related to nanofluids with a concentration of 0.5% by weight and also the synergistic effect of iron oxide and sodium dodecyl sulfate nanoparticles, which significantly improved the separation coefficient and recovery factor compared to pure water. For the gas consumption, which was evaluated at two pressures of 40 and 54 bar, sodium dodecyl sulfate at a concentration of 0.01 wt at a pressure of 54 bar and iron oxide nanoparticles at a concentration of 0.1 wt had the best performance. According to the results of the experiments, the optimal concentration for all systems including iron oxide nanoparticles and sodium dodecyl sulfate was 0.5 and 0.05% by weight, respectively, the best results were obtained in these conditions. It was also found that with increasing the ratio of gas to liquid and force, the amount of gas consumption increases (according to the results, the maximum amount of gas consumption is related to the concentration of 0.01% by weight of sodium dodecyl sulfate (SDS) at a pressure of 54 bar, so that the amount of gas consumption in these conditions is about. 54.2% more than the pure water state) and the recovery factor decreases but the separation coefficient has an optimal value at a given interval. On the other hand, it was observed that the amount of gas consumption is directly related to the initial pressure, while the separation coefficient and recovery factor are inversely related to the initial pressure.
استاد راهنما
محمدرضا احساني , زهرا طاهري ريزي
استاد مشاور
محبوبه محمدطاهري
استاد داور
محسن نصراصفهاني , محسن محمدي