تهیه آزمایشگاهی غشاء به منظور شیرین سازی گاز طبیعی

فرآیندهای جداسازی گاز با استفاده از غشاء (gs) یکی از روشهای شیرین سازی گاز طبیعی (جداسازی گازهای اسیدی نظیر co2 و h2s از گاز طبیعی) می باشد که با توجه به مزایای روشهای جداسازی غشایی نظیر هزینه های ثابت و عملیاتی پایین، مصرف انرژی کم و سازگاری با محیط زیست به عنوان رقیبی برای فرآیندهای متداول شیرین سازی گاز طبیعی شناخته می شود. غشاهای زئولیتی از مهمترین گروههای تشکیل دهنده غشاهای غیر آلی می باشند که دارای خاصیت غربال مولکولی بوده و در شرایط عملیاتی سخت (دما و فشار بالا) دارای مقاومت مناسبی می باشند. غشاء زئولیت نوع t یکی از انواع این غشاها است که دارای راندمان بالایی در جداسازی گاز co2 از ch4 می باشد. غشاهای زئولیتی معمولا بر روی سطح پایه های متخلخل سنتز می شوند. برای سنتز غشاء زئولیت t پایه های مولیت که از کائولن تهیه می شوند مناسب می باشند. در این تحقیق برای ساخت پایه های مولیتی از روش اکستروژن استفاده شد. به منظور بررسی اثر پارامترهای موثر در ساخت پایه ها بر اساس طراحی آزمایش صورت گرفته مجموعا 12 حالت مختلف برای ساخت پایه مورد بررسی قرار گرفت و مشخص گردید که بهترین شرایط ساخت پایه استفاده از 2/83 درصد کائولینیت در مدت زمان 5/3 ساعت در دمای 1250 درجه سانتی گراد می باشد. درصد تخلخل این پایه ها دارای برابر با 32 و تراوش پذیری آب آنها برابر با 05/30 (kg/m2h) در فشار عملیاتی 2bar می باشد. سنتز پودر زئولیت t با استفاده از روش هیدروترمال در 8 حالت مختلف بر اساس طراحی آزمایش انجام شد و ارزیابی پودرهای سنتز شده با استفاده از آنالیز پراش اشعه x صورت گرفت و مشخص گردید که زئولیت سنتز شده با فرمول 1sio2-04/0al2o3:26/0na2o:09/0k2o:14h2o بیشترین تطبیق را با آنالیز پراش اشعه x استاندارد زئولیت t دارد. سنتز غشاء زئولیت t نیز با استفاده از روش هیدروترمال انجام گرفت. پایه های مولیتی بذر دار شده بر اساس طراحی آزمایش صورت گرفته در 9 حالت مختلف سنتز شدند و ارزیابی آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی (sem)، فرآیند تراوش تبخیری (pv) برای مخلوط آب / ایزوپروپانول و فرآیند gs برای مخلوط گازهای co2 و ch4 انجام گرفت. برای انجام آزمایشات تراوش تبخیری از یک سیستم تراوش تبخیری ناپیوسته استفاده شد و نتایج حاصل مشخص کرد که در غشاهای ساخته شده لایه زئولیتی کاملا شکل گرفته است، نمونه ها دارای سطح کاملا یکنواخت (بدون حفراتغیر زئولیتی) می باشند و آبدوست هستند و برای جداسازی مخلوطهای آبی/آلی به روش تراوش تبخیری کارایی مناسبی دارند و ضریب جداسازی وتراوش پذیی آنها با دیگر غشاهای زئولیتی مورد استفاده در فرآیند تراوش تبخیری کاملا قابل رقابت می باشد، (ضریب جداسازی برابر 10000 و تراوش پذیری برابر با 7/0 (kg m-2h-1) برای غشاء سنتز شده در دمای 120 درجه سانتی گراد به مدت 30 ساعت). آزمایشات gs برای کلیه غشاهای سنتز شده در شرایط عملیاتی یکسان (30 درجه سانتی گراد و 1bar) و (30 درجه سانتی گراد و 5bar) انجام گرفتند. این آزمایشات با استفاده از خلاء در سمت محصول تراوش به صورت پیوسته و ناپیوسته و نیز با استفاده از جریان گاز حامل در سمت محصول غشاء انجام و نتایج حاصل به صورت تراوش پذیری غشاء نسبت به گاز های co2 و ch4 و ضریب جداسازی ایده آل آنها گزارش شدند. با مطالعه این نتایج مشخص گردید که غشاهای سنتز شده در این تحقیق دارای سطحی کاملا یکنواخت و پیوسته می باشند و هیچگونه ترک و حفرات غیر زئولیتی در آنها وجود ندارد. بهترین نتایج gs برای غشاء سنتز شده بر اساس فرمول ژل 1sio2 0/04al2o3: 0/26na2o:0/09k2o:14 h2o در دمای سنتز 120 درجه سانتی گراد و مدت زمان سنتز 30 ساعت بدست آمد.