بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی حذف co2 از گاز طبیعی با استفاده از شبکه آلی- فلزی نانوجاذب های cu-btc

گاز طبیعی عمدتاً شامل متان، به طور معمول (80 تا 95?) و مقادیر متغیری از هیدروکربن های سنگین تر مانند اتان، پروپان، ایزوبوتان، نرمال بوتان و نیز نیتروژن و دی اکسیدکربن به عنوان ناخالصی های اصلی می باشد. برای انتقال متان و نیز جلوگیری از خوردگی تجهیزات و خطوط لوله، مقدار حداکثر دی اکسیدکربن نمی تواند بیش از 2 درصد باشد. جذب سطحی یکی از روش های جداسازی co2 از گاز طبیعی می باشد. در این تحقیق، فرآیند جذب سطحی گاز co2 جهت خالص سازی متان بر روی پودر و قرص cu-btc که جاذبی نانومتخلخل با شبکه آلی- فلزی می باشد، به صورت آزمایشگاهی و تئوری مورد مطالعه قرار گرفته است. در این بررسی ابتدا ایزوترم جذب گازهای خالص متان و دی-اکسیدکربن بر روی پودر و نیز قرص های نانوجاذب آلی- فلزی cu-btc در محدوده فشار صفر تا 7 بار و در دماهای 308، 343 و 373 کلوین با استفاده از یک ترازوی معلق مغناطیسی اندازه گیری شدند. ظرفیت جذب قرص های cu-btc برای جذب دی اکسیدکربن و متان در فشار 1 بار و دمای 308 کلوین به ترتیب 07/3 و 63/0 مول به ازای یک کیلوگرم از جاذب به دست آمد، در حالیکه این مقادیر در شرایط مشابه برای پودر cu-btc به ترتیب 90/3 و 77/0 مول به ازای یک کیلوگرم از جاذب، بدست آمدند. سپس داده های تجربی با معادله لانگمویر تطبیق داده شدند که نزدیکی قابل قبولی بین آن ها مشاهده گردید. گرمای ایزوستریک جذب co2 و ch4 به ترتیب در حدود 8/22 و 0/15 کیلوژول به مول بر روی هر دو جاذب به دست آمد که نشان دهنده جذب قوی تر دی اکسیدکربن توسط جاذب مذکور می باشد. سپس ضریب نفوذ گازهای مذکور بر روی جاذب های cu-btc با استفاده از روش zlc در یک دما (k 308)، سه شدت جریان و یک غلظت (5/0 درصد از جذب شونده در هلیم) مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان داد که نفوذ درون ذره به قدری سریع است که همواره غلظت یکنواختی درون آن وجود داشته و شکل منحنی غلظت بر حسب زمان مستقل از ضریب نفوذ و فقط تابع شدت جریان دفع و ثابت انتقال جرم می باشد و بنابراین می توان نتیجه گرفت که انتقال جرم خارج ذرات کنترل کننده فرایند می باشد. در مرحله بعد منحنی های رخنه تک جزئی و دوجزئی متان و دی اکسیدکربن با استفاده از یک ستون دستگاه آزمایش psa که از قرص های cu-btc پرشده است، با تزریق گاز متناظر به بستر جاذب، که در ابتدا کاملاً با گاز هلیم در دمای k 308 و فشار bar 1/1 اشباع گردیده است، بدست آمدند. همچنین، یک مدل ریاضی کامل شامل معادلات موازنه جرم، انرژی و مومنتوم در محیط نرم افزار gproms (process system enterprise, london, uk) نوشته شده و با استفاده از روش اجزای محدود به عنوان روش حل عددی برای مطالعه رفتار دینامیکی فرایند جذب سطحی تک جزئی و دوجزئی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از حل عددی مدل با داده های آزمایشگاهی بدست آمده نزدیکی خوبی را نشان دادند. در نهایت از آزمایشات انجام شده در این تحقیق می توان نتیجه گرفت که نانوجاذب آلی- فلزی cu-btc را می توان برای خالص سازی متان از گاز طبیعی در فرایند جذب سطحی مورد استفاده قرار داد.