نم زدايي و گوگردزدايي از جريان گازي بوتان و پروپان با استفاده از زئوليت هاي نانو ساختار

دكتري تخصصي

چكيده: روش¬هاي تحقيقاتي بسياري جهت حذف مركاپتان و رطوبت از جريان گاز مايع در حال تحقيق و بررسي است. ساخت جاذب مناسب و با كارايي بالا از موثرترين روش¬ها در جهت حذف اين ناخالصي¬ها به شمار مي¬رود. در اين رساله، زئوليت¬هاي فوجاسيت به دليل داشتن مساحت سطح بالا، حجم حفره مناسب، مقرون به صرفه بودن و همچنين قطبيت بالا به عنوان كانديداي اصلي در راستاي حذف مركاپتان و رطوبت از جريان گاز مايع انتخاب شد. ابتدا با شناخت روش¬هاي مختلف سنتز اين نانوزئوليت¬ها چالش¬هاي پيش رو در سنتز آنها شناسايي و سپس آزمايشات براي بررسي پارامترهاي موثر بر سنتز به منظور بهبود خواص اين جاذب¬ها انجام گرفت. سنتز نانوزئوليت فوجاسيت (Y-NZ) با استفاده از پليمر پلي¬وينيل¬الكل به عنوان يك مهاركننده رشد در شرايط مختلف دما، زمان و غلظت پليمر بررسي شده است. نتايج شناسايي با تست¬هاي مختلف مانند BET، FE-SEM، XRD، EDX و TEM نشان داد كه اين پليمر با پوشش¬دهي، حفاظت و پايداركردن نانوذرات بي شكل در دماي بالا تبديل سريع نانوذرات آلومينوسيليكات بي شكل را به نانوساختارهاي بلوري هموار مي¬كند. زئوليت¬هاي فوجاسيت با اندازه كمتر از nm 30 همراه با مساحت سطح بالا (m2/g 816)، حجم حفره بالاcm3/g) 73ر0) و همچنين بلورينگي بالا تنها در 5 ساعت و در دماي C° 100سنتز شد. به منظور افزايش ظرفيت جذب، گزينش¬پذيري و بهبود كارايي جاذب Y-NZ جهت حذف اتيل¬مركاپتان از گاز، كامپوزيتي از اين نانوزئوليت با مزومتخلخل سيليكاتي MCM-41 تهيه(Y-NZ/MCM-41) و در نهايت با گروه¬هاي پلي¬پيرول (PPY) اصلاح گرديد ( Y-NZ/MCM-41/PPY1 و (Y-NZ/MCM-41/PPY2. ساختار مواد سنتز شده با استفاده از روش¬هاي شناسايي مختلف بررسي و سنتز تركيبات مورد نظر تاييد گرديد. نتايج حاصل از اندازه¬گيري ظرفيت ¬جذب اتيل مركاپتان بر روي اين جاذب¬ها در يك بستر ثابت مورد بررسي قرار گرفت. اندازه گيري منحني¬هاي شكست، توانايي جاذب¬هاي Y-MZ، Y-NZ، Y-NZ/MCM-41، Y-NZ/MCM-41/PPY1 و Y-NZ/MCM-41/PPY2 در حذف ppm 100 اتيل¬مركاپتان از گاز را ارزيابي مي-كند. مقادير ظرفيت جذب جاذب¬ها به ترتيب70، 159، 46، 115 و mg/g20 محاسبه شد. Y-NZ به دليل مساحت سطح بالا، نفوذ¬پذيري بالا، بالا بودن مكان¬هاي اسيد لوئيس و همچنين برهمكنش¬هاي مناسب با اتيل-مركاپتان نسبت به ديگر جاذب¬ها از ظرفيت جذب بالاتري برخوردار مي¬باشد و در نتيجه مي¬تواند گزينه¬اي ايده¬آل در جهت كاهش محتواي اتيل¬مركاپتان از گاز مايع محسوب گردد. همچنين، به منظور اصلاح و افزايش ظرفيت جذب، اين نانو زئوليت با تك كاتيونهاي Cu، Ce ، La (Cu/Y-NZ، Ce/Y-NZ و La/Y-NZ ) و همچنين دوكاتيوني Cu-Ce و Cu-La تبادل يون شده(La-Cu/Y-NZ و Ce-Cu/Y-NZ ) پتانسيل آنها در حذف اتيل¬مركاپتان از جريان گاز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل حاكي از عملكرد بهتر زئوليت¬هاي تبادل يون شده نسبت به زئوليت Y-NZ مي¬باشد. در زئوليت¬ها، تبادل كاتيون سديم با كاتيون دو و يا سه ظرفيتي باعث افزايش خاصيت اسيدي و همچنين باعث كاهش تعداد كاتيون¬ها و در نهايت باعث افزايش فضاي بيشتر درون حفره¬هاي زئوليت¬ها مي¬گردد و اين خود مي¬تواند دليلي براي افزايش ظرفيت جذب Cu/Y-NZ، Ce/Y-NZ، La/Y-NZ، La-Cu/Y-NZ، Ce-Cu/Y-NZ در مقايسه با Y-NZ با كاتيون Na+ باشد. مقادير ظرفيت جذب براي جاذب¬ها به ترتيب172، 157، 164، 184، 173 و mg/g147 محاسبه شد. در نهايت، زئوليت¬هاي با اندازه نانو (Y-NZ) و ميكرو (Y-MZ) جهت حذف رطوبت از جريان گاز بررسي و مقايسه شدند. نتايج حاصل حاكي از عملكرد بهتر Y-NZ با ظرفيت جذب mg/g 2ر22 در مقايسه با Y-MZ با ظرفيت جذب mg/g 4ر15 مي¬باشد. اين جاذب¬ها در دماي 350 درجه سانتي¬گراد تحت جو نيتروژن و به مدت 5 ساعت بازيابي شدند.

193575

دانشگاه علم و صنعت ايران

شيمي تجزيه

دكتر منصور انبياء