جداسازی مخلوط گازها با فرایند هیدرات شدن
چکیده
در این تحقیق جداسازی مخلوط گاز دی اکسید کربن و متان و بهبود شرایط تعادلی تشکیل هیدرات مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. مطالعه تاثیر پارامترهای مختلف بر روی میزان جداسازی و ایجاد مزیت نسبی برای هر یک از مولکولها برای حضور در فاز هیدرات از اهداف این رساله بوده است. به این منظور اثر بتاسیکلودکسترین، استن و دی اگزان بر هیدرات مخلوط گازهای متان و دی اکسید کربن در مخلوط های گازی دارای 20 و 45 درصد مولی دی اکسید کربن بررسی گردیدند. این آزمایش ها در مخلوطهای 1/0 تا 0/2 درصد وزنی سیکلودکسترین و 56/5 درصد مولی دی اگزان و استن در محدوده دمایی 65/273 تا 15/278 انجام گرفتند. ایزوترم های تعادلی در این سیستم ها برای اولین بار اندازه گیری و ارائه شدند. استفاده از استن و دی اگزان باعث بهبود قابل توجه در شرایط تشکیل هیدرات شده و فشار تعادلی تفکیک هیدرات تا 2 مگاپاسکال کاهش یافت. برای اولین بار ترکیب درصد گاز در شرایط تعادلی برای سیستم های مورد مطالعه اندازه گیری شد. زمان القاء و سینتیک رشد هیدرات بررسی شده و بر اساس نیروی محرکه اختلاف یا نسبت فوگاسیته، مدل مناسب برای پیش بینی نتایج بدست آمده ارائه شد. برای انجام محاسبات فلش هیدرات-مایع روش پیشنهادی سریعی ارائه شده است که دارای سرعت همگرایی بالایی بوده و به همراه مدل سینتیکی اسکوبورگ-راسموسن برای پیش بینی شرایط تشکیل هیدرات استفاده شده است. همینطور میزان ضریب گزینش پذیری، جداسازی، ضریب تعادلی و میزان بازیافت متان و دی اکسید کربن در شرایط مختلف محاسبه شدند. حداکثر ضریب گزینش پذیری در حضور دی اگزان در حدود 2/3 و در حضور استن در حدود 08/3 محاسبه شد که نسبت به میزان حداکثر ضریب گزینش پذیری در آب خالص، در حدود 65/0، بهبود قابل توجهی نشان می دهد. این امر به دلیل اشغال بیشتر حفرات بزرگتر توسط مولکولهای ماده افزودنی و ایجاد رقابت برای اشغال حفرات کوچکتر بین مولکولهای گاز بوجود آمده است. این موضوع موجب تغییر رفتار فشار تعادلی هیدرات در آب خالص و همراه با افزودنی نیز شده است که دلایل آن بررسی شده اند. با کمک داده های تعادلی گرمای تفکیک هیدرات در حدود kj/mol 8/79 برای دی اگزان و kj/mol 83/79 برای استن محاسبه شد که با مقادیر ارائه شده برای هیدرات ساختار ii با هر دو حفره اشغال شده مطابقت دارد. گرمای تفکیک هیدرات برای سیکلودکسترین 63.74 kj/mol محاسبه شد که به هیدرات ساختار i نزدیک بوده ولی نشان دهنده تغییراتی نیز می باشد. همچنین ظرفیت ذخیره سازی هیدرات در هر سه سیستم فوق اندازه گیری شد که حداکثر مقدار آن در حضور سیکلودکسترین برابر با 119، در حضور دی اگزان برابر با 131 و در حضور استن برابر با 135 حجم گاز در شرایط استاندارد در واحد حجم هیدرات بدست آمد. مشخص شد که در شرایط مناسب و با ایجاد تغییر در ساختار و ایجاد رقابت بین مولکولهای متان و دی اکسید کربن برای اشغال حفرات کوچکتر می توان به صورت موثر متان را از دی اکسید کربن جداسازی نمود. در حضور افزودنی های آزمایش شده، ظرفیت ذخیره سازی اندازه گیری شده و مشخص شد که در غلظتهای بالاتر ماده افزودنی ظرفیت ذخیره سازی کاهش می یابد. که دلیل آن می تواند اشغال حفرات بزرگتر توسط ماده افزودنی باشد.