مقالات

user889

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز
پایاننامهی کارشناسی ارشد در رشتهی
مهندسي شيمي
بررسي عملکرد حلال های مختلف جهت جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال
به کوشش
روزبه رمضانی
استاد راهنما
دكتر عبدالحسين جهانميري
شهریور 1392

به نام خدا
اظهارنامه
اینجانب روزبه رمضانی (900963) دانشجوی رشتهی مهندسی شیمی دانشکده ي مهندسي شيمي، نفت و گاز اظهار میکنم که این پایاننامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهایی که از منابع دیگران استفاده کردهام، نشانی دقیق و مشخصات کامل آن را نوشتهام. همچنین اظهار میکنم که تحقیق و موضوع پایاننامهام تکراری نیست و تعهد مینمایم که بدون مجوز دانشگاه دستاوردهای آن را منتشر ننموده و یا در اختیار غیر قرار ندهم. کلیه حقوق این اثر مطابق با آییننامه مالکیت فکری و معنوی متعلق به محقق و دانشگاه شیراز است.
نام و نام خانوادگی : روزبه رمضانی
تاریخ و امضا: 15/6/1392

به نام خدا
بررسي عملکرد حلال های مختلف جهت جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال
به کوشش
روزبه رمضانی
پایان نامهی
ارائه شده به تحصیلات تکمیلی دانشگاه شیراز به عنوان بخشی از فعالیتهای تحصیلی لازم برای اخذ درجهی کارشناسی ارشد
در رشتهی
مهندسی شیمی
دانشگاه شیراز
شیراز
جمهوری اسلامی ایران
ارزیابی کمیتهی پایاننامه، با درجهی: عالی
دکتر عبدالحسین جهانمیری، استاد بخش مهندسی شیمی (استاد راهنما)
دکتر حجت مهدی یار، استادیار بخش مهندسی نفت (استاد مشاور)
دکتر داریوش مولا، استاد بخش مهندسی شیمی (داور متخصص داخلی)
شهریور 1392
تقدیم به:
پدر رنج کشیده ام که راه سعادت خویش را از شیار دست های پینه بسته اش پیموده ام و مادر مهربانم که بر سجاده ی سبز محبت هزاران رکعت نماز عشق خواند و در آسمان دعایش فراموشمان نکرد.

سپاسگزاری
سپاس بیدریغ خود را نثار استاد با فضیلت دكتر جهانميري مینمایم که در کلیه مراحل تحصیل، با فضل و دانش خود راهنمای اینجانب بودهاند. همچنین از زحمات اساتید ارجمند جناب آقای دکتر مهدی یار و جناب آقای دکتر مولا که زحمت مشاوره این پایان نامه بر عهده ایشان بوده است کمال تشکر را دارم. همچنین از زحمات بی دریغ آقای دکتر فارسی که در تمام مراحل این کار بی ادعا در کنارم بودند، نهایت سپاسگزاری را دارم. سلامتی و شادی او را از درگاه خداوند بزرگ خواستارم. در پایان از آقای مهندس همتیان و همه دوستانی که مرا در این راه یاری کردهاند، تشکر میکنم.

چکیده
بررسي عملکرد حلال های مختلف جهت جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال
به کوشش
روزبه رمضانی
در میان گازهای گلخانه ای دی اکسیدکربن به عنوان عمدهترین و مهمترین گاز گلخانهای بیشترین سهم را در گرمایش جهانی زمین دارا میباشد. روشهای مختلفی جهت جذب دی اکسیدکربن از جریان های گازی وجود دارد. یکی از روشهای قابل اعتماد و موثر در صنعت جهت جذب دی اکسیدکربن از جریان های گازی روش جذب شیمیایی میباشد. مهمترین عامل تاثیر گذار بر هزینههای عملیاتی در روش جذب شیمیایی انتخاب یک حلال مناسب میباشد. در این مطالعه با توجه به پارامترهایی از قبیل ساختار مولکولی، جرم مولکولی، حلالیت در آب، نقطه جوش، سمی بودن و در دسترس بودن، حلال های ترکیب پتاسیم کربنات با اسید بوریک، پپرازین اتیل آمین و تترااتیلن پنتاآمین، ترکیب مونواتانول آمین با پپرازین اتیل آمین و تترااتیلن پنتاآمین، ترکیب پپرازین اتیل آمین با تترااتیلن پنتاآمین، ترکیب تری سدیم فسفات با مونواتانول آمین، پپرازین اتیل آمین، تترااتیلن پنتاآمین و اسید بوریک به عنوان جاذب های شیمیایی جدید دی اکسیدکربن انتخاب شدند. حلالیت تعادلی محلول های جدید با استفاده از یک راکتور ناپیوسته همزن دار در دماهای 30 ، 40 و 50 درجه سانتیگراد و در فشارهای جزئی دی اکسیدکربن بین 0 تا 60 کیلو پاسکال اندازه گیری گردید. در تمامی مراحل آزمایشات نتایج حلالیت گاز به عنوان ظرفیت تعادلی (مول دی اکسیدکربن / مول حلال) و به صورت تابعی از فشار جزیی دی اکسیدکربن ارائه شده است. نتایج آزمایشات نشان داد که حلال های انتخاب شده دارای ظرفیت تعادلی بیشتری از مونواتانول آمین میباشند. همچنین راندمان جذب حلال های انتخاب شده در برج جذب بستر سیالی به ارتفاع 120 سانتیمتر و قطر 15 سانتیمتر مورد ارزیابی قرار گرفت. تاثیر پارامترهای مختلف از جمله قطر پرکن ها، ارتفاع بستر ثابت پرکن ها، دبی مایع و سرعت گاز بر افت فشار برج و راندمان جذب نیز بررسی گردید.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول
TOC o “1-3” h z u 1-مقدمه PAGEREF _Toc368233142 h 11-1-تاریخچه انتشار دی اکسیدکربن PAGEREF _Toc368233143 h 31-2-اثرات زیست محیطی دی اکسیدکربن PAGEREF _Toc368233144 h 3فصل دوم
2-روش های مختلف جداسازی دی اکسیدکربن PAGEREF _Toc368233145 h 122-1- جذب غشایی PAGEREF _Toc368233146 h 122-2-تقطیر در دمای پایین PAGEREF _Toc368233147 h 132-3-جذب سطحی توسط جامد PAGEREF _Toc368233148 h 132-3-1-جذب سطحی توسط جامد در دمای ثابت PAGEREF _Toc368233149 h 142-3-2-جذب سطحی توسط جامد در فشار ثابت PAGEREF _Toc368233150 h 142-4-جذب توسط جامد همراه با واکنش شیمیایی PAGEREF _Toc368233151 h 142-5-جذب فیزیکی توسط حلال PAGEREF _Toc368233152 h 152-5-1-جذب توسط فرآیند رکتیسول PAGEREF _Toc368233153 h 16عنوان صفحه
2-5-2-جذب توسط فرآیند سلکسول PAGEREF _Toc368233154 h 172-6-جذب شیمیایی توسط حلال PAGEREF _Toc368233155 h 172-6-1-جذب توسط محلول آبی آلکانول آمین ها PAGEREF _Toc368233156 h 182-6-2-جذب توسط پتاسیم کربنات داغ PAGEREF _Toc368233157 h 192-6-2-1-فرآیند کاتاکارب PAGEREF _Toc368233158 h 202-7-جذب توسط فرآیند سولفینول PAGEREF _Toc368233159 h 212-8-جذب توسط آب PAGEREF _Toc368233160 h 222-9-برج جذب بستر سیال PAGEREF _Toc368233161 h 22فصل سوم
3- بررسی حلال های مختلف مورد استفاده در صنعت PAGEREF _Toc368233162 h 253-1- مهمترین پارامترها در انتخاب حلال مناسب PAGEREF _Toc368233163 h 253-1-1-میزان جذب PAGEREF _Toc368233164 h 253-1-2-سرعت جذب PAGEREF _Toc368233165 h 253-1-3-انرژی مورد نیاز جهت احیاء PAGEREF _Toc368233166 h 263-1-4-میزان تخریب PAGEREF _Toc368233167 h 263-1-5-ویسکوزیته حلال PAGEREF _Toc368233168 h 263-1-6-خوردگی حلال PAGEREF _Toc368233169 h 263-1-7-فراریت PAGEREF _Toc368233170 h 273-1-8-قیمت حلال PAGEREF _Toc368233171 h 273-1-9-ایجاد رسوب PAGEREF _Toc368233172 h 273-1-10-دمای جوش و فشار بخار PAGEREF _Toc368233173 h 273-1-11-جرم مولکولی PAGEREF _Toc368233174 h 27عنوان صفحه
3-2-بررسی معایب و مزایای حلال های مورد استفاده در صنعت PAGEREF _Toc368233175 h 283-2-1-مونواتانول آمین PAGEREF _Toc368233176 h 293-2-2-دی اتانول آمین PAGEREF _Toc368233177 h 303-2-3-تری اتانول آمین PAGEREF _Toc368233178 h 303-2-4-دی گلایکول آمین PAGEREF _Toc368233179 h 313-2-5-متیل دی اتانول آمین PAGEREF _Toc368233180 h 313-2-6-دی ایزوپروپانول آمین PAGEREF _Toc368233181 h 32فصل چهارم
4- مروری بر تحقیقات گذشته PAGEREF _Toc368233182 h 34فصل پنجم
5-انتخاب حلال PAGEREF _Toc368233183 h 385-1-محلول PAGEREF _Toc368233184 h 385-2-حلالیت گاز مایع PAGEREF _Toc368233185 h 38فصل ششم
6- دستگاه و روش انجام آزمایش PAGEREF _Toc368233186 h 426-1-دستگاه اندازه گیری حلالیت حلال PAGEREF _Toc368233187 h 426-1-1-راکتور یک لیتری PAGEREF _Toc368233188 h 426-1-2-سنسور فشار PAGEREF _Toc368233189 h 436-1-3-ذخیره ساز اطلاعات PAGEREF _Toc368233190 h 44عنوان صفحه
6-1-4-روش انجام آزمایش PAGEREF _Toc368233191 h 476-1-5-محاسبات انجام شده جهت اندازه گیری ظرفیت تعادلی حلال PAGEREF _Toc368233192 h 486-2-برج جذب بستر سیال PAGEREF _Toc368233193 h 506-2-1-اندازه گیری افت فشار برج PAGEREF _Toc368233194 h 526-2-2- پکینگ PAGEREF _Toc368233195 h 526-2-3-اندازه گیری راندمان جذب در برج PAGEREF _Toc368233196 h 536-2-4-سنسور دی اکسیدکربن PAGEREF _Toc368233197 h 54فصل هفتم
7- نتایج و بحث PAGEREF _Toc368233198 h 567-1-صحت عملکرد سیستم و روش انجام آزمایش PAGEREF _Toc368233199 h 567-2-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با اسید بوریک PAGEREF _Toc368233200 h 577-3-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با پپرازین اتیل آمین PAGEREF _Toc368233201 h 597-4-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی مونو اتانول آمین با پپرازین اتیل آمین PAGEREF _Toc368233202 h 617-5-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی مونو اتانول آمین با تترا اتیلن پنتا آمین PAGEREF _Toc368233203 h 637-6-حلالیت دی اکسیدکربن درمحلول ترکیبی پپرازین اتیل آمین با تترا اتیلن پنتا آمین PAGEREF _Toc368233204 h 657-7-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با تترا اتیلن پنتا آمین PAGEREF _Toc368233205 h 677-8-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و پپرازین اتیل آمین PAGEREF _Toc368233206 h 687-9-حلالیت دی اکسیدکربن درمحلول ترکیبی تری سدیم فسفات و تترا اتیلن پنتا آمین PAGEREF _Toc368233207 h 697-10-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و اسید بوریک PAGEREF _Toc368233208 h 707-11-حلالیت دی اکسیدکربن در محلول ترکیبی تری سدیم فسفات و مونو اتانول آمین PAGEREF _Toc368233209 h 717-12- افت فشار در برج جذب بستر سیال PAGEREF _Toc368233210 h 727-12-1-تاثیر دبی مایع بر افت فشار برج PAGEREF _Toc368233211 h 72عنوان صفحه
7-12-2-تاثیر قطر پکینگ بر افت فشار برج PAGEREF _Toc368233212 h 747-12-3-تاثیر ارتفاع بستر ثابت پرکن ها بر افت فشار برج PAGEREF _Toc368233213 h 757-13-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج جذب بستر سیال PAGEREF _Toc368233214 h 767-13-1-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی پتاسیم کربنات با اسید بوریک PAGEREF _Toc368233215 h 767-13-2-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی تری سدیم فسفات با اسید بوریک PAGEREF _Toc368233216 h 787-13-3-راندمان جذب دی اکسیدکربن در برج توسط محلول ترکیبی تری سدیم فسفات با مونو اتانول آمین PAGEREF _Toc368233217 h 797-13-4-مقایسه راندمان و ظرفیت جذب حلال های انتخاب شده PAGEREF _Toc368233218 h 807-14-نتیجه گیری PAGEREF _Toc368233219 h 827-15-پیشنهادات PAGEREF _Toc368233220 h 83فهرست منابع و مراجع PAGEREF _Toc368233221 h 84
فهرست جدول ها
عنوان صفحه
TOC h z c “جدول” جدول2-1-مقایسه خواص فیزیکی حلال های مختلف16جدول 3-1 مقایسه حلال های شیمیایی جهت جذب دی اکسیدکربن32جدول6-1-مشخصات سنسور الکتریکی فشار44جدول6-2-مشخصات ذخیره ساز USB-471846جدول6-3-مشخصات سنسور دی اکسیدکربنTesto 53554
فهرست شکل ها
عنوان صفحه
TOC h z c “شکل” شکل2-1-واحد شیرین سازی گاز ترش18شکل6-1-شماتیک سیستم جذب گاز43شکل6-2-شماتیک سنسور الکترونیکی فشار45شکل6-3-شماتیک ذخیره ساز47شکل6-4-شماتیک سیستم تعادلی49شکل6-5- شماتیک برج جذب بستر متحرک51شکل6-6-شماتیک مانومتر52شکل6-7-شماتیک پکینگ با قطرهای مختلف53شکل6-8-شماتیک سنسور دی اکسیدکربن54شکل7-1- ظرفیت جذب دی اکسیدکربن در محلول 5/2 مولار مونواتانول آمین در دمای 40 درجه سانتیگراد56شکل7-2 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد57شکل7-2 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد58عنوان صفحه
شکل7-2 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد58شکل7-3 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد59شکل7-3 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد60شکل7-3 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد60شکل7-4الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد61شکل7-4 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد62شکل7-4 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد62شکل7-5 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد63شکل7-5 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد64شکل7-5 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد64شکل7-6 الف، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 30 درجه سانتیگراد65شکل7-6 ب، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد66عنوان صفحه
شکل7-6 ج، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 50 درجه سانتیگراد66شکل7-7، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد67شکل7-8، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف پپرازین اتیل آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد68شکل7-9، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف تترا اتیلن پنتا آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد69شکل7-10، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف اسید بوریک به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد70شکل7-11، ظرفیت تعادلی حلال ترکیبی در نسبت های مولی مختلف مونو اتانول آمین به غلظت کلی محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد71شکل7-12-شماتیک برج جذب بستر سیال72شکل7-13-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع برای ارتفاع بستر ثابت 20 سانتیمتر و پکینگ با قطر 5/1 سانتیمتر73شکل7-14-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در قطرهای مختلف پکینگ برای ارتفاع بستر ثابت 20 سانتیمتر و دبی مایع 10 لیتر بر دقیقه74شکل7-15-تغییرات افت فشار بستر نسبت به سرعت گاز در ارتفاع های مختلف پرکن های داخل برج برای توپ های با قطر 1.5 سانتیمتر و دبی مایع 10 لیتر بر دقیقه75شکل7-16-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع77شکل7-17-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن77شکل7-18-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع78عنوان صفحه
شکل7-19-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن79شکل7-20-تغییرات راندمان جذب نسبت به سرعت گاز در دبی های مختلف مایع79شکل7-21-تغییرات راندمان جذب نسبت به ارتفاع بستر ثابت پرکن ها در قطرهای مختلف پرکن80شکل7-22-مقایسه ظرفیت جذب حلال های مختلف در جزء مولی های بهینه81شکل7-23-مقایسه راندمان جذب حلال های مختلف در جزء مولی های بهینه81
فهرست نشانه های اختصاری
MEA : مونو اتانول آمین
PC : پتاسیم کربنات
PZEA : پپرازین اتیل آمین
TEPA : تترا اتیلن پنتا آمین
AB : اسید بوریک
TSP : تری سدیم فسفات
DEA : دی اتانول آمین
TEA : تری اتانول آمین
MDEA : متیل دی اتانول آمین
DGA : دی گلایکول آمین
DIPA : دی ایزو پروپانول آمین
فصل اول

1-مقدمه مهمترین مسئله ای که امروزه توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است گرم شدن زمین در اثر گازهای گلخانه ای است که این مسئله جهان را در آستانه یک فاجعه بزرگ انسانی و زیست محیطی قرار داده و دانشمندان عامل اصلی آن را انتشار گازهای دی اکسیدکربن ناشی از سوخت های فسیلی و معدنی کشورهای صنعتی میدانند. در جو زمين چندين گاز وجود دارد كه نقش شيشه را در يك گلخانه دارند. که نسبت به نورمرئي خورشيد شفاف هستند و اجازه ميدهند تا اين نور به زمين برسد، اما نور زير قرمزي كه به طرف خارج از زمين نشر مييابد، توسط اين گازها به تله افتاده و تبديل به گرما ميشود.
گازهاي گلخانه اي تركيبات گازي اتمسفر هستند كه در پديده اثر گلخانهاي مشاركت ميكنند. تجزیه و تحلیل هوای فسیل شده در میان لایه های یخ به ما اجازه میدهد که شرایط آب و هوائی کره زمین را تا ٤٢٠ هزار سال قبل مطالعه و بررسی نمائیم. در حالیکه تراکم گاز کربنیک موجود در فضای زمین در دوران پیش صنعتی، تقریباً ثابت بوده از سالهای ١٨٥٠یعنی هنگام شروع دوران صنعتی به میزان ٣٠در صد افزایش یافته است. از آغاز انقلاب صنعتی به بعد در حدود 280 میلیارد تن کربن به جو زمین اضافه شده و برای کاهش آن به نصف حدود 50 سال زمان لازم است. در حال حاضر سالانه 27 میلیارد تن گاز دی اکسیدکربن در جهان تولید میشود که با ادامه روند فعلی در سال 2050 مقدار آن به 90 میلیارد تن در سال خواهد رسید. این در حالی است کره زمین توان جذب بیش از 12 میلیارد تن را ندارد]1[.
بیانیه نشست دانشمندان زمین هشدار داد زمین 4 درجه و در حالت وخیم تر 4/6 درجه گرمتر شده و تا سال 2080 میلادی سه میلیارد و دویست میلیون نفر دچار کم آبی و 600 میلیون نفر از قحطی رنج خواهند برد. مطالعات نشان می دهد کشورهای فقیر به ازای هر نفر سالانه یک تن و کشورهای صنعتی 22 تن گاز دی اکسیدکربن وارد جو زمین می کنند این درحالی است که اقیانوس ها، دریاها و جنگلها قدرت جذب حدود نیمی از گازهای تولید شده توسط انسان ها را دارند و بقیه در جو زمین باقی می ماند. جو زمین از مجموعهای گاز تشکیل شده که نسبت های آنها بسیار حساس و ظریف است.
این مخلوط ظریف ادامه حیات را بر روی زمین ممکن ساخته است. همزمان با شروع انقلاب صنعتی در اروپا و تکامل تمدن بشری به تدریج تعادل این مخلوط ظریف یا گازهای موجود در طبیعت بهم خورده و اکنون به یک معضل بزرگ جهانی تبدیل شده است. این مسئله بیشتر ناشی از بکارگیری سوخت های فسیلی و معدنی در کارخانه ها و وسایل حمل و نقل می باشد. انتشار دود ناشی از آنها باعث محبوس شدن گرما و افزایش درجه حرارت جو زمین توسط پدیده ای به نام اثر گلخانه ای می شود که بر اساس آخرین نظریه سازمان ملل 90 درصد بروز این مسئله ساخته و پرداخته خود بشر میباشد. این مسئله علاوه بر افزایش درجه حرارت، آلودگی آب و هوا و مسائل زیست محیطی را نیز به همراه دارد. مهمتر از همه ایجاد شکاف لایه ازون در اثر پدیده مذکور است. این لایه از ورود اشعه خطرناکی همچون اشعه ماورا بنفش خورشید به جو زمین جلوگیری میکند. تعدادي از گازهاي گلخانهاي به طور طبيعي در اتمسفر وجود دارند، در حاليكه بقيه گازها از فعاليت انساني حاصل ميشوند. برخي از دانشمندان معتقدند كه با افزايش كارخانه ها و فعاليت هاي صنعتي و استفاده بيش از حد از سوخت هاي فسيلي، افزايش استفاده از وسايل نقليه، از بين رفتن جنگل ها و مراتع ميزان گازهاي گلخانه اي چون دی اکسیدکربن افرايش يافته است كه اين امر ميتواند موجب گرم شدن زمين شود]1[.
1-1-تاریخچه انتشار دی اکسیدکربن اولین اندازه گیری دقیق و قابل اطمینان از تراکم جوی دی اکسیدکربن در سال 1957 و بوسیله کیلینگ در هاوایی انجام شد. اندازه گیری های مشابه نشان داد که تراکم جوی دی اکسیدکربن در شروع قرن نوزدهم در حدودppm 280 بوده است. این میزان معمولا به صورت مبنایی برای مقایسه سطح امروزی مورد استفاده قرار می گیرد. بر این اساس میزان تراکم دی اکسیدکربن در سال 1990 برابر ppm 355 بوده است که بیش از 25 درصد افزایش را نسبت به سطح تراکم پیش از انقلاب صنعتی نشان میدهد. محاسبات حاکی از آنست که حجم فعلی دی اکسیدکربن در جو حدود ppm 365 میباشد و احتمالا تا پایان قرن بیست و یکم بهppm 400 خواهد رسید. در صورت افزایش به همین منوال حدود سال های 2040 غلظت دی اکسیدکربن به دو برابر مقدار فعلی خواهد رسید و در نتیجه درجه حرارت کره زمین به طور متوسط دو درجه سانتیگراد افزایش خواهد یافت]2[.
1-2-اثرات زیست محیطی دی اکسیدکربن دانشمندان بر این باورند که اگر روند تولید گازهای گلخانه ای همچنان رو به افزایش باشد در آن صورت آهنگ پدیده ی گرمایش زمین سریع تر خواهد شد و طی پنجاه سال آینده این افزایش دما به 3 الی 5 درجه سانتیگراد خواهد رسید. حتی اگر ما از همین امروز تولید گازهای گلخانه ای را متوقف کنیم، این افزایش دما طی بیست سال آینده به یک درجه سانتیگراد خواهد رسید. هرچند این مقدار افزایش دما چندان زیاد به نظر نمی رسد، اما در عوض می تواند موجب تغییرات شدید در وضعیت پدیده های جوی و میزان بارندگی ها شود و تاثیرات ویرانگر بر جای بگذارد.
در شرایط فعلی سهم سرانه تولید این گاز در آمریکا 22 ،آلمان 10 و آفریقا یک تن بوده و کشور آمریکا سهم بسزایی در تولید گازهای خطرناک گلخانه ای، آلودگی هوا و گرم شدن زمین دارد به طوریکه تنها گاز دی اکسیدکربن تولید شده توسط این کشور سالانه حدود 6 میلیارد تن و آلمان و اسپانیا به ترتیب 878 و 15 میلیون تن می باشد]3[.
مطالعات نشان مي دهد كه دی اکسیدکربن حدود % 75-80 گازهاي گلخانه اي در ايران را شامل مي شود. براساس گزارش جديد آژانس بين‌المللي انرژي، جايگاه ايران در ميان كشورهاي جهان از نظر ميزان انتشار دي‌اكسيدكربن ناشي از احتراق سوخت، از رتبه 13 در 2 سال قبل از اين گزارش به رتبه دهم ارتقا يافته است و اكنون ايران با انتشار سالانه بيش از 600 ميليون تن گاز گلخانه‌اي در ميان كشورهاي در حال توسعه در جايگاه چهارم قرار دارد. در طول عصر يخبندان گذشته غلظت گاز كربنيك در اتمسفر ppm 180 بوده كه باعث يخبندان كره زمين شده است. بعد از عقب نشيني يخها و قبل از عصر جديد ميزان آن براحتي به ppm 280 رسيده است. در يك و نيم قرن گذشته ما مقدار آنرا بهppm 381 رسانده و شاهد اثرات آن هستيم. 19 سال از 20 سال گرمترين سالهاي كره زمين، از سال 1980 به بعد بوده است. بطور تقریب، نصف کربن اضافی تولید شده در آب اقیانوس ها زندانی و یا حل میگردد یا اینکه جذب درختان و گیاهان میشود، اما نصف دیگر هر ساله بر تراکم موجود کربن در جو زمین افزوده میشود]1[.
دانشمندان اقلیم شناس پیش بینی میکنند، در صورتیکه نحوه زندگی خود را تغییر ندهیم و مدل مصرفی خود را کماکان حفظ نمائیم، طی دویست سال آینده تراکم گاز کربنیک در جو زمین دو برابر خواهد شد. دو برابر شدن تراکم این گاز در جو زمین میتواند بطور متوسط گرمای کلی کره زمین را بین حداقل ٢ تا حداکثر ٥ درجه سانتیگراد افزایش دهد. گرمایش زمین به میزان چند درجه میتواند فاجعه های بزرگی را در محیط زیست ببار آورد.
در صورتیکه از هم اکنون اقدام نکنیم، در سال ٢١٠٠، سطح اقیانوسها بیش از ٣٠ سانتیمتر افزایش یافته واین امر باعث تخریب محیط زندگانی صدها میلیون انسان میشود که در حاشیه دریاها و اقیانوسها  زندگی میکنند. جزایر بسیاری در اقیانوس هند و آرام به زیر آب رفته و ناپدید میشوند. همچنین ممکن است که کوه های بزرگ یخ بیش از صدها کیلومتر مکعب از قاره های یخ زده قطب شمال و جنوب جدا گردند. این کوه های عظیم یخی میتوانند افزایش چندین متری سطح آبهای اقیانوسها را موجب شده و نقشه زمین را بطور کلی تغییر دهند.
با گرمایش زمین، توزیع جغرافیایی باران نیز تغییر کرده و این امر موجب آسیب پذیری سیستمهای کشاورزی، خصوصا در کشورهای جنوب میگردد. در این حالت، امنیت سیستم تولید خوراک و مواد غذایی دچار وقفه شده، امراضی همچون مالاریا، تب زرد و وبا بیش از پیش مناطق گرم شده را تهدید خواهند کرد. آژانس بین المللی انرژی AIE، تولید جهانی گاز کربنیک را در سال ٢٠٠٧، بیست و نه میلیارد تن بر آورد کرده است. بر اساس گزارش این آژانس، ده کشور جهان بیشترین مقدار تولید گاز کربنیک را باعث میشوند]4[.
این ده کشور که به ترتیب عبارتند از : چین، آمریکا، روسیه، هند، ژاپن، آلمان، کانادا، انگلستان، کره جنوبی و ایران، هرساله و جمعاً 8/18میلیارد تن گاز کربنیک تولید نموده  و بعنوان مقصران اصلی گرمایش کره زمین شناخته شده اند.
به همان سرعتي كه گرم شدن جهان سطح  اقيانوسها را تغيير داده و يخ ها را ذوب ميكند، بر روي خشکي هاي زمين نيز اثر گذار است. گرم شدن آب و هوا ساير نواحي را نيز به طرق مختلف بسمت خشكي برده است. درجه حرارت زياد رطوبت خاك را سريعتر تبخير و بحران ايجاد مي كند. تحقیقات نشان می دهد درصد خشكي زمين بيشتر از دو برابر خشكي زمين درسال 1970 شده است. كشور ايران با بيش از 70 ميليون نفر جمعيت يكي از كشورهاي حوزه مديترانه ميباشد كه از لحاظ اقليمي در شرايط خشك و نيمه خشك قرار دارد، بطوريكه ميانگين سالانه بارش براي آن 242 ميليمتر بوده و فقط 6/67 درصد از كل منابع آبي آن قابل آشاميدن ميباشد]5[.
تغييرات آب و هوائي، بطور مستقيم و غير مستقيم، بر سلامت مردم اثر گذار بوده و باعث بروز بيماريهاي واگيردار، غير واگيردار و همچنين عوارض نامطلوب ميگردد. گرم شدن و خشكسالي سبب كاهش منابع آب شده، شاخص هاي بهداشتي را كاهش ميدهد. از طرف ديگر ریسکابتلا به بيماريهاي منتقله ناشي از آب و غذا را بالا ميبرد. سرمازدگي و خشكسالي هر يك بر روي كيفيت و كميت محصولات كشاورزي اثر گذاشته، در بسياري جوامع باعث بروز سوء تغذيه مي گردد. همچنين به جهت حفظ محصولات كشاورزي و افزايش بهره وري از منابع آب و خاك زيركشت، كاربرد سموم و كودهاي شيميائي افزايش يافته، عوارض ناشي از كاربرد مواد شيميایي براي افراد در معرض و استفاده كنندگان از محصولات كشاورزي بروز مي كند. با گرم شدن زمین یخ های قطبی آب میشوند سطح آب دریاها بالا میآید و فصلها شدت بیشتری میگیرند، یعنی زمستان سردتر از همیشه خواهد بود و تابستان گرم و خشکتر]1[.
در طول این سالها دمای هوای سطح آب و سطح خشکی افزایش یافته است، اما افزایش دما بر سطح خشکی به مراتب بیش از سطح آب بوده است. از سال 1979 میلادی تاکنون میانگین دمای هوای سطح خشکی دو برابر دمای هوای سطح آب ها افزایش یافته است. افزایش دمای زمین در اثر گازهای گلخانهای ناشی از سوخت های فسیلی و معدنی باعث ذوب شدن یخچالهای طبیعی قطبها و ارتفاعات گردیده است.
مسئله مهم دیگر این است که آب بیشتر از یخ انرژی خورشید را به خود جذب میکند و ذوب شدن یخها باعث افزایش سطح آب شده و در نتیجه روند بالا رفتن دمای جو شتاب بیشتری به خود جذب میکند و ذوب شدن یخها باعث افزایش سطح آب شده و در نتیجه روند بالارفتن دمای جو شتاب بیشتری به خود میگیرد. دانشمندان برآورد کردهاند بیشتر یخچالهای طبیعی با افزایش دمای زمین به میزان 3 درجه سانتیگراد تا سال 2010 ذوب خواهند شد. سازمان ملل به مناسبت روز جهانی محیط زیست در گزارشی اعلام کرده است ذوب شدن یخ ها و برفهای قله کوههای آسیایی زندگی 40 درصد انسان های کره زمین را به طور مستقیم و غیر مستقیم تحت تاثیر قرار خواهد داد. در این گزارش کمبود آب آشامیدنی بالا آمدن سطح آب دریاها، زیر آب رفتن برخی مناطق ساحلی و جزیره ها که ارتفاع کمی از سطح آب دارند از پیامدهای ذوب شدن یخها عنوان شده است]6[.
از دیگر پیامدهای ذوب شدن یخها احتمال افزایش سقوط بهمن، ایجاد دریاچه های یخی، شکسته شدن سدها و سرازیر شدن آب به دره ها گزارش شده است. به گفته دانشمندان پدیده گرم شدن زمین موجب شده است حرارت داخلی یخچال های طبیعی چین در دو دهه گذشته 10 درصد افزایش یابد. گزارش کارشناسان آب و هوایی نشان می دهد تا پایان سال 2100 میلادی سطح آب دریاها و اقیانوسها به علت ذوب یخها 18 الی 59 سانتیمتر و به طور متوسط 40 سانتیمتر بالا میآیند. معدل افزایش درجه حرارت در قرن بیستم به 6/0 درجه سانتیگراد رسیده که این افزایش باعث ذوب شدن یخ ها و بالا آمدن آب دریاها به ارتفاع 10-20 سانتیمتر شده و ضخامت یخ های قطب شمال در چند دهه اخیر تا حدود 40 درصد کاهش یافته است. يكي از دلايل تسريع در ذوب سريع يخ ها اين است كه يخ هاي قطب 90 درصد نور خورشيد را كه باعث ذوب آن ميشود به فضا بازتاب مي كند ولي آب اقيانوسها برعكس عمل مي كند و90 درصد انرژي خورشيد را درخود نگه مي دارد. بدين ترتيب ذوب هر مايل از يخ گرما را بيشتر ميكند. براساس پژوهش های ناسا که بین سال های ٢٠٠٤ تا ٢٠٠٨ صورت پذیرفته، یخهای اقیانوس منجمد شمالی، هر ساله ١٨ سانتیمتر ضخامت خود را از دست میدهند]7[.
همچنین افزایش ارتفاع آب دریاها و نفوذ آنها به ساحل سبب زیر آب رفتن جنگلها در مناطق ساحلی خواهد شد. اثرات منفی این پدیده از یک سو به صورت کاهش منابع غذایی و صنعتی انسانها و دامهای آنها و از سوی دیگر کاهش در جمعیت گیاهی و بنابراین کاهش میزان کل دی اکسیدکربن جذب شده توسط گیاهان نمایان می گردد. اثر اول موجب افزایش فقر و گرسنگی خواهد شد. اما از آنجا که گیاهان و به طور کلی جنگلها بعنوان بزرگترین جاذب های محیطی دی اکسیدکربن مطرح میباشند لذا اثر دوم یعنی کاهش جذب دی اکسیدکربن توسط گیاهان موجب افزایش تراکم این گاز گلخانه ای در جو شده و با توجه به اینکه افزایش تراکم این گاز افزایش دما را به دنبال دارد مشاهده میگردد که این فرآیند به صورت یک چرخه در جهت افزایش دما عمل می نماید]8[.
درصورتیکه افزایش گازهای گلخانهای و به تبع آن گرم شدن زمین با روند کنونی ادامه داشته باشد تا سال 2100 بسیاری از گونه های گیاهی و جانوری به علت ناسازگاری با محیط زیست جدید از بین خواهند رفت و گونه های دیگری جای آنها را خواهند گرفت و برخی از بافت های جمعیتی تحت عنوان پناهندگان زیست محیطی مجبور به کوچ از محل زندگی خود می شوند. کاهش بارندگی افزایش رطوبت ناشی از گرما مانع از دسترسی به منابع آب سالم شده و شیوع انواع بیماری ها را در پی خواهد داشت. در این میان مناطق حاره ای و مرطوب مانند جنگل های آمازون یا اندونزی بیشتر در معرض تهدید قرار میگیرند و حیوانات این مناطق حتی جانداران زیر زمین هم نخواهند توانست با محیط زیست جدید خود سازگار شوند.
صندوق جهانی حفاظت از محیط زیست در گزارش جدید خود هشدار داده است که ادامه حیات آبزیان و ماهیها به دلیل گرم شدن ناشی از گازهای گلخانهای آب رودخانه ها و دریاها در معرض تهدید و نابودی قرار گرفتهاند. این تهدیدات شامل کاهش منابع غذایی گونه های مختلف آبزی و ماهیها پایین آمدن سطح تکثیر ماهیها و آبزیان و کاهش اکسیژن برای این موجودات شیوع انواع بیماری ها از جمله بیماری های قلبی و تنفسی و کاهش قدرت شنوایی آبزیان می باشد. کاهش اکسیژن در سطح آب باعث می شود که آبزیان به قسمت های عمیق تر و سردتر نقل مکان نمایند و این مسئله حیات گونه های دیگر جانداران از جمله پرندگان را از جهت دسترسی به منبع غذایی به خطر میاندازد]6[.
مسئله دیگر اینکه افزایش کربن زیاد در اتمسفر باعث کاهش کلسیم در آب می شود و افزایش میزان اسید در آب میزان جذب کلسیم را برای ماهیان دشوار میکند که این امر بر قدرت شنوایی ماهیان تاثیر منفی گذاشته و آنها را در یافتن محل زندگی خود دچار مشکل میکند. ذوب شدن یخ های قطبی حیات بسیاری از گونههای جانوری مانند خرس قطبی و پنگوئن ها را که برای یافتن غذای خود به حرکت و یا استراحت بر روی یخها نیاز دارند، در صورت آب شدن یخ ها نسل اینگونه جانوران نیز در آستانه انقراض قرار خواهند گرفت. مقایسه صورت گرفته در رابطه با تعداد پنگوئن ها این مسئله را تایید می کند که تعداد جمعیت آنها در سال 2001 نسبت به سال 1950 به نصف کاهش یافته است]1[.
به گزارش مجله نشنال جیوگرافیک به علت افزایش گازهای گلخانهای و گرم شدن زمین تا سال 2050 بیش از یک میلیون گونه گیاهی و جانوری در معرض انقراض قرار خواهند گرفت و توزیع جغرافیایی خیلی از گونه های جانوری تغییر خواهد کرد. سازمان ملل در گزارش اخیر خود با اشاره به تلفات خسارات و هزینه سنگین، به بروز طغیان آب، خشکسالیها، قحطی و موج فزاینده گرما اشاره دارد و آنها را از جمله بلایای طبیعی انسان ساخت بر اثر تولید گازهای گلخانهای مانند دی اکسیدکربن می داند. آمارها نشان می دهد به ازای افزایش یک درجه سانتیگراد 3 درصد بر میزان مرگ و میر افزوده می شود. در سال 2003 در پی موج گرما 70000 نفر در اروپا جان باختند. در اثر افزایش دما، آفات و بیماری های جدید گیاهی در بسیاری از مناطق جهان ظهور پیدا کرده و به علت شرایط نامساعد زندگی و توسعه فقر و فقدان مواد غذایی کافی در حدود 300 میلیون نفر از مردم جهان مجبور به مهاجرت خواهند شد]8[.
افزایش گازهای گلخانهای باعث غیرقابل پیش بینی شدن وضعیت آب و هوایی شده و بسیاری از معادلات مورد اعتماد بشر را بر هم زده است. بنا به اعلام روزنامه سان فرانسیسکو کرونیل در سال 1998 میزان خسارات ناشی از بلایای طبیعی مربوط به آب و هوا همچون طوفان سیل و خشکسالی سه برابر بیش از میزان برآورد شده بود. دراثر تغییر اقلیم و گرم شدن زمین باران ها اکثرا به صورت رگبار و توام با سیل می باشند. تناوب دوره خشکسالی در بیشتر مناطق از جمله آفریقا خاورمیانه و ایران گسترش می یابد و توزیع بارندگی به شدت تحت تاثیر تغییر اقلیم قرار خواهد گرفت و مقدار آن در بسیاری از نقاط جهان کاهش می یابد در نتیجه سبب بحران آب خواهد شد.
یکی دیگر از پیامدهای افزایش دما در خشکیها، افزایش میزان تبخیر و بنابراین تغییر میزان رطوبت خاک میباشد. این تغییر رطوبت موجب از بین رفتن زمین های مناسب کشت در مناطق خشک و نیمه خشک شده و بنابراین محصولات کشاورزی این نواحی را کاهش خواهد داد. اما در مناطق سردسیر و بسیار مرطوب کاهش رطوبت موجب قابل کشت شدن زمین های غیر قابل کشت گشته و تولید محصولات کشاورزی در این نقاط را افزایش می دهد بنابراین در این نواحی افزایش دما با اثر مثبت عمل می کند. افزایش دما سبب تغییر آب و هوا و شرایط محیطی در مناطق مختلف خواهد شد]5[.
این تغییرات موجب دگرگونی در کیفیت زمین های قابل کشت گشته و بنابراین لزوم تغییر در شیوه کشاورزی و گونه های گیاهی قابل کشت را ایجاب می نماید. کشاورزان مجبور خواهند بود که محصولات جدیدی را که با شرایط آب و هوایی جدید سازگاری داشته باشند کشت کنند و یا به منلطق دیگری که به موجب تغییرات آب و هوایی برای کشت مناسب شده اند مهاجرت نمایند این امر سبب تحمیل هزینههای اضافی به آنها شده و ممکن است که آنها را به سمت فقر و گرسنگی سوق دهد که پیامدهای ویژه خود را در بردارد.
افزایش در دمای متوسط جهانی مسلما سبب تغییر میزان و نوع بارندگی در مناطق مختلف خواهد شد. کاهش بارندگی در برخی نقاط ممکن است سبب بروز خشکسالی و نامساعد شدن زمین های قابل کشت این مناطق گردد. اما همین پدیده ممکن است در جایی دیگر موجب افزایش بازده محصولات و کاهش آفت های کشاورزی ناشی از رطوبت بالای خاک و سیلاب گردد. از سوی دیگر تغییر نوع بارش در برخی از مناطق به همراه افزایش دما امکان زیر کشت بردن زمین های بیشتر و همچنین افزایش بازده زمین های این نواحی را ایجاد می کند که اثرات آن عکس اثرات تغییر بارندگی در نواحی گرم خواهد بود. یعنی تغییر بارش در مناطق گرم می تواند سبب خشک شدن چشمه ها و کاهش ذخایر آب در این مناطق شود. در نهایت دگرگونی در میزان و نوع بارش بسته به مناطق مختلف دارای اثرات مثبت و منفی خواهد بود]8[.
فصل دوم

2-روش های مختلف جداسازی دی اکسیدکربن فرآيند شيرين سازي گاز مي تواند روي طراحي تمام تاسيسات فرآيند گاز از جمله انتخاب روش براي دفع گازهاي اسيدي و بازيافت گوگرد، نم‌زدايي، استحصال و تقطير مايعات و شيرين‌سازي محصول مايع تاثير بگذارد. در نظر گرفتن عواملی مانند قوانين آلودگي هوا، نوع و غلظت ناخالصي‌هاي موجود در گاز ترش، مشخصه‌هاي گاز شيرين، مشخصه‌هاي گاز اسيدي، دما و فشار گاز ترش موجود، حجم گازي كه بايد مورد فرآيند قرار گيرد، تركيب هيدوركربني گاز، گزينش پذيري مورد نياز براي حذف گاز اسيدي، هزينه كل و هزينه عملكرد، مشخصه‌هاي محصول مايع، دفع محصولات جانبي با در نظر گرفتن مواد شيميايي خطرناك و تركيب دقيق گاز ورودي در انتخاب نوع فرآیند شیرین سازی گاز مهم و ضروری می باشد. در اين قسمت انواع روش‌هاي جداسازي دي اكسيد كربن از مخلوط‌هاي گازي، شرايط عملياتي و كاربرد هر يك به اختصار معرفي شده‌اند.
2-1- جذب غشایی در فرآیندهای غشایی به واسطه خواص فیزیکی و شیمیایی، برخی از مولکول های گازی سریعتر از غشاء عبور کرده و دیگر اجزا گاز قابلیت عبور را نخواهند داشت. به طورکلی نفوذپذیری گازهای مختلف به اندازه مولکول و ساختار غشا بستگی دارد. غشاهايي از جنس مواد غير آلي، فلزي و سراميكي پتانسيل بالايي در جداسازي گازها از خود نشان داده‌اند. اين روش حذف، در واحدهاي كوچك كه ميزان دي اكسيد كربن خروجي كم و غلظت آن در مخلوط گازي بالاي 15 درصد است داراي بيشترين كاربرد مي‌باشد. با توجه به اندازه کوچک و وزن سبک غشاها، آنها در کاربردهای دریایی میتوانند مورد استفاده قرار گیرند. از مزاياي اين روش مي‌توان به كوچكي دستگاه‌ها وتجهيزات عملياتي، عمليات آسان، نگهداری و بازسازی راحت، سازش پذیری، تنوع بالا و انرژي مورد نياز كم اشاره كرد. همچنين از معايب اين روش مي‌توان به هزينه بالاي برخي غشاها و در دسترس نبودن آنها اشاره نمود]9[.
2-2-تقطیر در دمای پایین از تقطير در دماي پايين زماني كه غلظت دي اكسيد كربن در خروجي فرآيند بالاي 50 درصد باشد استفاده مي‌كنند. در اين روش مخلوط گازي در ابتدا مايع شده و بعد جزء موردنظر كه معمولا دماي جوش آن نسبت به بقيه بالاتر است با استفاده از تقطير از مخلوط جدا شده، به اين طريق خالص مي‌گردد. این روش قابلیت تولید یک محصول با خلوص بالا برای حمل و نقل آسان دی اکسیدکربن را دارا میباشد. اين روش به دليل بالا بودن هزينه‌هاي عملياتي در كشور ما مقرون به صرفه نمیباشد]10[.
2-3-جذب سطحی توسط جامد روش جذب روي سطوح جامد بر مبناي جذب فيزيكي بين اجزاي گاز و فضاهاي فعال بر روي سطح جامد انجام مي‌شود. اين روش در غلظت‌هاي بالاي 30 درصد دي اكسيد كربن راندمان بالاتري خواهد داشت. با این حال هنوز در مقياس صنعتي مطرح نشده و در مرحله آزمايشگاهي مي‌باشد]11[. این روش به مکانیسم های زیر تقسیم میشود:
2-3-1-جذب سطحی توسط جامد در دمای ثابت در این مکانیسم گاز در فشار بالا جذب و در فشار پائین دفع می گردد، در حالیکه دما در طی فرآیند دفع و جذب ثابت می ماند. دما در حدود 25 درجه سانتیگراد و فشار در بالاترین حد به psi 300 می رسد. کربن اکتیو، غربال های مولکولی و زئولیت های طبیعی از انواع جاذب هایی هستند که معمولا برای جداسازی دی اکسیدکربن استفاده میشوند. معمولا این جاذب ها برای جداسازی دی اکسیدکربن از مخلوط گازهای دی اکسیدکربن، نیتروزن، اکسیژن و هیدروژن در حضور رطوبت استفاده میشوند. در این روش عمل دفع به طور کامل صورت نمیگیرد مگر اینکه فشار تا نزدیکی خلا پایین آورده شود. از این روش در محیط های بسته و فضاهای کوچک مانند هواپیماها، زیر دریایی ها و … استفاده می شود.
2-3-2-جذب سطحی توسط جامد در فشار ثابت برخلاف مکانیسم فوق در این مکانیسم فشار در حین عملیات ثابت نگه داشته شده ولی دما در هنگام جذب پایین و در هنگام دفع گاز افزایش مییابد. معمولا عملیات جذب در دمای 30 درجه سانتیگراد و دفع در دمای 120 درجه سانتیگراد صورت میگیرد. فشار برج جذب در حد اتمسفر نگه داشته میشود. برای داشتن قدرت بالای جذب معمولا سطوح جامد را به آمین آغشته میکنند. این مکانیسم برای غلظت های پایین قابل کاربرد بوده و هزینه عملیاتی آن به مراتب از روش قبلی بیشتر می باشد.
2-4-جذب توسط جامد همراه با واکنش شیمیایی از بین تمام جذب کننده های جامد که برای حذف دی اکسیدکربن به کار میروند سیلیکات منیزیم از کارایی بالایی برخوردار است. این سیلیکات ها طی واکنش های شیمیایی کربن را به فرم جامد تبدیل میکنند. در حین فرآیند مقدار زیادی MgCO3 و مواد دیگر تولید میشود که حذف این مواد خود دارای مشکلاتی میباشد. با توجه به منابع فراوان تولید ترکیبات منیزیمدار و هزینه پایین آنها این روش معقول به نظر میرسد. همچنین از معایب این روش میتوان به هزینه حمل و نقل بسیار بالا این مواد اشاره کرد]12[.
2-5-جذب فیزیکی توسط حلال در اين روش حذف دي اكسيدكربن یا انحلال پذیری به طور فيزيكي و بدون واكنش شيميايي توسط يك حلال جاذب انجام مي‌شود. از حلال‌هايي كه معمولا در اين روش استفاده مي‌شوند مي‌توان به دي متيل اتر از پلي اتيلن گليكول، متانول و كربنات پلي پروپيلن اشاره كرد. معمولا دفع دي اكسيد كربن جذب شده با كاهش فشار و افزايش دماي عملياتي انجام مي‌شود. انحلال‌پذيري در درجه اول به فشار جزيي گازهاي اسيدي و در درجه دوم به دما بستگي دارد.
فشار جزيي بالاتر گازهاي اسيدي و دماهاي پايين‌تر، انحلال پذيري سولفيد هيدروژن و دي اكسيدكربن در حلال را افزايش داده و در نتيجه اجزاي گاز اسيدي در جريان گاز را كاهش مي‌دهند. نقطه قوت اين فرآيندها آن است كه براي دفع گازهاي اسيدي نياز به حرارت نداشته يا مقدار حرارت مورد نياز اندك خواهد بود و لذا از نظر اقتصادي به صرفه خواهند بود. نقطه ضعف اي فرآيندها نيز آن است كه هيدروكربنهاي سنگين موجود در گاز توسط حلال جذب شده و به همراه گازهاي اسيدي دفع شده، به هدر ميرود.
روش جذب فيزيكي در غلظت‌هاي بالا و در محدوده بين 50-15 درصد دي اكسيد كربن داراي بيشترين راندمان است. معمولا حلالهاي فيزيكي قادر به جداسازي سولفيد كربونيل، مركاپتانها و دي سولفيد كربن نيز هستند]13[.
از ديگر نكات قابل ذكر در مورد اين حلالها غيرخورنده بودن و در نتيجه امكان استفاده از فولاد ضد زنگ در ساخت تجهيزات است. همچنين فشار بخار پايين آنها نيز موجب هدر رفت كمتر حلال مي‌شود. علاوه بر اين گزينش پذيري بالا براي گازهاي اسيدي نسبت به متان و هيدروژن و مونوكسيدكربن نيز از ديگر مزاياى اين حلالها است. شكل كلي فرآيندهاي جذب توسط حلالهاي فيزيكي به اينگونه است كه ابتدا حلال با گاز به طور ناهمسو در ستون جذب تماس يافته و حلال گازهاي اسيدي موجود در خوراك را جذب مي‌كند. ظرفيت جذب حلال در اين روش رابطه‌اي خطي با فشار جزئي دي اكسيد كربن در گاز دارد. شرایط حلال های فیزیکی برای فشار و غلظت های بالای دی اکسیدکربن در گازهای خروجی مناسب هستند. این حلال ها باید ظرفیت مناسبی را برای جذب دی اکسیدکربن در چند مرحله داشته و در کنار آن سایر مواد موجود در جریان گاز را جذب نکنند. از این روش بیشتر در کارخانجات تولید آهن و استیل استفاده می شود. در جدول 2-1 خواص فيزيكي حلال‌هاي مختلف جهت جذب دي اكسيد كربن با هم مقايسه شده است.
جدول2-1-مقایسه خواص فیزیکی حلال های مختلفحلال دمای جوش(C°) فشار بخار (mm Hg)
دی متیل اتر 198 کمتر از 01/0
متانول 65 126
کربنات پلی پروپیلن 241 03/0
2-5-1-جذب توسط فرآیند رکتیسول در اين فرآيند كه توسط شركت لورگى توسعه پيدا كرده است، از متانول به عنوان حلال استفاده مي شود. به علت فشار بخار بالاي متانول، مرحله جذب در دماي پايين (بين 30- تا 80- درجه سلسيوس) انجام میگيرد كه اين عمل موجب جلوگيري از هدرروي بيشتر حلال میشود. بزر گترين مزيت اين فرآيند آن است كه حلال مورد استفاده، گزينش پذيري بيشتري نسبت به سولفيد هيدروژن در حضور دي اكسيد كربن دارد و به علاوه توانايي جداسازي سولفيد كربونيل را نيز دارا است. از مهمترين معايب اين فرآيند مي توان به شكل پيچيده آن اشاره كرد كه نياز به سردسازي حلال نيز دارد. اين امر خود سبب افزايش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و عملياتي مي‌شود. از اين فرآيند براي تصفيه گاز طبيعي، در توليد گاز طبيعى مايع شده و همچنين گازهاي سنتز استفاده مي‌شود و در جهان بيش از صد واحد از اين فرآيند موجود است]13[.
2-5-2-جذب توسط فرآیند سلکسول در اين فرآيند از دي متيل اتر پلي اتيلن گليكول به عنوان حلال استفاده مي‌شود كه اين حلال نسبت به سولفيد هيدروژن، مركاپتانها، سولفيد كربونيل و ديگر تركيبات گوگردي گزينش پذير بوده و توانايى جداسازي تودهاي دي اكسيدكربن را دارا است. حلال اين فرآيند از لحاظ شيميايي و حرارتي پايدار است و فشار بخار كمي نيز دارد كه ميزان هدرروي حلال را محدود مي‌كند. همچنين اين فرآيند به گونهاى طراحى شده كه محصولات تشكيل شده در اين واحد فاسد يا ته نشين نمي‌شوند. استفاده از اين فرآيند زماني اقتصادي است كه فشار جزيي گازهاي اسيدي در خوراك بالا بوده و هيدروكربن‌هاي سنگين نيز در خوراك موجود نيست. البته اين فرآيند توانايي جداسازي گازهاي اسيدي تا مقدار مقرر براي خط لوله را ندارد. بيش از 55 واحد از اين فرآيند در جهان براي فرآوري گاز طبيعي و گاز سنتز موجود است]13[.
2-6-جذب شیمیایی توسط حلال در فرآیند جذب شیمیایی دی اکسیدکربن با یک حلال جاذب واکنش داده و از مخلوط گازی حذف میگردد. حلال های مورد استفاده در جذب شیمیایی به دو دسته آلی و غیر آلی تقسیم میشوند. حلال های آلی به طور عمده شامل آمین ها و آمینواسیدها میباشند. معمولا از آمين‌هاي نوع اول مانند مونواتانول آمين، نوع دوم مانند دي اتانول آمين و نوع سوم مانند متيل دي اتانول آمين استفاده مي‌كنند. البته مي‌توان براي بالا بردن كارايي انواع مختلف اين حلال‌ها آنها را با هم مخلوط كرد. حلال های غیر آلی شامل مخلوطی از کربنات سدیم یا پتاسیم با آمونیاک می باشند که در بین این مواد کربنات پتاسیم بیشترین کاربرد را دارد. البته می توان برای بالا بردن کارایی انواع مختلف این حلال ها را با هم مخلوط کرد. ظرفیت جذب حلال در این روش رابطهای غیر خطی با فشار جزیی دی اکسیدکربن در مخلوط گازی دارد. در این روش عمل دفع با افزایش دما انجام میشود. این روش در غلظت های پایین و متوسط دیاکسیدکربن یعنی در رنج کمتر از 15 درصد به طوریکه فشار جزیی دی اکسیدکربن در مخلوط گازی بین 3-21 کیلو پاسکال باشد بر سایر روشها ترجیح داده میشود]9[.
2-6-1-جذب توسط محلول آبی آلکانول آمین ها با اولين كاربرد در سال 1930 توسط Bottoms براي شيرين سازي گاز، آلكانول‌ آمين‌ها به پركاربردترين حلال ها براي جذب گازهاي اسیدي از جریان هاي گاز طبیعی تبدیل شدند. تري اتانول آمین نخستين بار براي شیرین سازي گاز به صورت تجاري مورد استفاده قرار گرفت. سپس در کاربردهاي متداول توسط مونواتانول آمين، دي اتانول آمين، دي ايزوپروپانول آمين، متیل دی اتانول آمین جايگزين شدند. فرآیندهاي آلکانول آمین مخصوصا وقتی کاربرد دارند که فشار جزیی گازهاي اسیدي پایین باشد یا میزان موردنظر گازهاي اسیدي درگاز شیرین کم باشد. جريان کلی فرآیند یک واحد شیرین سازي گاز توسط آلکانول آمین در شکل 2-1 نشان داده شده است.

شکل2-1-واحد شیرین سازی گاز ترش گاز طبیعی ترش وارد یک جدا کننده ورودي میشود تا جامدات و مایعات آن جدا شود. پس از جدا کننده جریان گاز وارد پایین برج جذب شده و با محلول آمین که از بالا برج به پایین جریان دارد، در تماس قرار می گیرد. اجزاء اسیدي موجود در گاز با آمین واکنش داده، تولید نمک هاي قابل احیا مینمایند. وقتی گاز در برج جذب بالا می رود، گازهاي اسیدي بیشتري با آمین واکنش می دهند. گاز شیرین شده از بالاي برج جذب خارج شده و وارد یک جدا کننده خروجی میشود تا اگر محلولی با خود حمل کرده، جدا شود. آمین غنی شده خروجی از برج جذب از یک مخزن تبخیر ناگهانی عبور میکند تا هیدروکربن هاي جذب شده آن جدا شود. پس از آن محلول غنی شده از مبدل حرارتی عبور نموده و از محلول آمین خالص حرارت میگیرد. آمین غنی شده گرم به قسمت بالاي برج احیا وارد میشود. وقتی محلول در برج به سمت پایین جریان مییابد دی اکسیدکربن و هیدروژن سولفید آن دفع می شود. محلول آمین به صورت خالص از پایین برج احیاء خارج می شود. سپس این محلول خالص از مبدل حرارتی و يك سرد كننده عبور میکند و به این منظور که بالاتر از دماي نقطه شبنم هیدروکربن باقی بماند دماي آن به حدود 6 درجه سانتیگراد بالاتر از دماي گاز ورودي مي‌رسد. سپس محلول خروجی به برج جذب بازگردانده می شود تا چرخه تکرار شود. گازهاي اسیدي دفع شده از محلول آمین از بالاي برج دفع خارج شده و از یک چگالنده و جداکننده عبور می کنند تا جریان سرد شده و آب جدا شود. آب جدا شده معمولا به عنوان جریان برگشتی به برج دفع بازگردانده میشود]7[.
2-6-2-جذب توسط پتاسیم کربنات داغ از جمله موارد بسيار تعيين كننده در انتخاب محلول مناسب جهت جذب گازهاي اسيدي، قابليت احياي آن محلول مي‌باشد. اين عامل مانع استفاده از محلولهاي قليايي در جهت جذب گازهاي اسيدي مي‌باشد. اما نمك‌هاي اين تركيبات به خوبي قابل استفاده هستند. نمك‌هايي كه براي اين حالت پيشنهاد شده است، كربنات فسفات، بورات، آرسنات و فنولات سديم و پتاسيم و همچنين نمك‌هاي اسيدي آلي ضعيف مي‌باشد. اين محلول‌ها بطور كلي در دو گروه از فرآيندهاي جذب به كار گرفته مي‌شوند. در گروهي كه جذب در دماي محيط انجام مي‌شود در گروه ديگر كه جذب در دماي بالاتر تقريبا نزديك به دماي احياء محلول انجام مي‌شود. گروه دوم جهت تصفيه گازهاي تحت فشار مناسب است. نمك‌هاي مناسب براي فرآيند جذب در دماي محيط شامل كربنات سديم، فنالات سديم و فسفات پتاسيم بوده و نمك‌هاي مناسب براي فرآيند جذب در دماي بالا شامل كربنات پتاسيم و آرسنات سديم يا پتاسيم مي‌باشد]9[.
در اين فرآيند از محلول پتاسيم کربنات به عنوان حلال استفاده مي شود. از آنجايى كه اين محلول علاوه بر دی اکسیدکربن، سولفید هیدروژن را نیز جذب میکند، استفاده از اين فرآيند براي جرياني كه فقط شامل سولفيد هيدروژن است مناسب نخواهد بود و به كار بردن اين فرآيند تنها در شرايطى كه دي اكسيدكربن موجود در گاز قابل توجه باشد، توجيه پذير خواهد بود. عمليات جذب با استفاده از محلول داغ كربنات پتاسيم، سرعت جذب را به طور چشمگيري افزايش مي دهد. مراحل جذب و بازيافت در دماهاي مشابه (حدود 116- 110 درجه سلسيوس) انجام ميشود و لذا اين فرآيند نياز به گرماي زيادي نخواهدداشت.
مزاياى اين فرآيند عبارتند از: پايداري خوب مواد شيميايي، نياز به گرماي كمتر به نسبت واحد آميني، نياز به ميزان بخاركمتر در مقايسه با فرآيند آميني، انجام نگرفتن واكنش با هوا، جذب كم هيدروكربنها و ارزان بودن حلال مورد استفاده میباشد. از معایب این فرآیند میتوان به واكنش پذيري كم با سولفيد هيدروژن، جذب نكردن مركاپتانها، تركيب درصد زیاد آب در گاز فرآوري شده و مشكلات خوردگي نام برد.
2-6-2-1-فرآیند کاتاکاربدر این فرآیند که به فرآیند کاتاکارب مشهور میباشد از بورات های آمینی برای افزایش فعالیت محلول کربنات پتاسیم داغ استفاده شده است. بکار بردن کاتالیست کاتاکارب غلظت تعادلی دی اکسیدکربن در محلول و واکنش با پتاسیم کربنات را تغییر میدهد]12[.
2-7-جذب توسط فرآیند سولفینول اين فرآيند توسط شركت شل در اوايل دهه 1960 ميلادي طراحي شده و براي جداسازي سولفيد هيدروژن، دي اكسيدكربن، سولفيد كربونيل، دي سولفيدكربن، مركاپتانها و پلي سولفيدها از گاز طبيعي و گاز سنتز استفاده ميشود. در فرآيند سولفينول مخلوطي از سولفولن( دي اكسيد تترا هيدرو تيوفين) كه يك حلال فيزيكي است و دي ايزو پروپانول آمين كه يك حلال شيميايي است و آب به عنوان حلال استفاده شده است. از اين فرآيند زماني استفاده مي‌شود كه جداسازي سولفيد هيدروژن، دي اكسيدكربن و سولفيد كربونيل به طور كامل مدنظر است. در فرآيند سولفينول از مخلوط متيل دي اتانول آمين، سولفولن و آب هم به عنوان حلال استفاده شده و زماني كه جداسازي گزينش پذير سولفيد هيدروژن در حضور دي اكسيدكربن و جداسازي بخشي از سولفيد كربونيل مدنظر است، استفاده مي‌شود]5[.
استفاده از حلالهاي شيميايي و فيزيكي در اين فرآيند باعث شده كه فوايد هر دو نوع حلالها از جمله افزايش ظرفيت حلال به خاطر استفاده از حلال فيزيكي و رسيدن غلظت گازهاي اسيدي به مقدار بسيار كم در گاز شيرين خروجي به خاطر استفاده از حلال شيميايي، در اين فرآيند در اختيار قرارگيرد. اما نقطه ضعف اساسى فرآيند جذب با حلال فيزيكي يعنى جذب هيدروكربنهاي سنگين همچنان باقى خواهد بود. همچنين اين فرآيند از هزينه و پيچيدگي بيشتري در مقايسه با فرآيندهاي با استفاده از حلالهاي فيزيكي، برخوردار است اما به گرماي بسيار كمتري در مقايسه با فرآيندهاي آمينى نياز دارد.
اين فرآيند كاربرد وسيعي در تصفيه گاز طبيعي (به خصوص در صنعت گاز طبيعى مايع شده) دارد زيرا اين فرآيند توانايي جداسازي دي اكسيد كربن به اندازه مناسب براي واحدهاي گاز طبيعى مايع شدهppm 50 را دارا است. حدود 200 واحد از اين فرآيند در جهان تحت بهره‌برداري است، كه در بيشتر آنها از سولفينول به عنوان حلال استفاده كردهاند.
2-8-جذب توسط آب دو مزيت اصلي استفاده از آب به عنوان جاذب ناخالصي‌هاي گازي، در دسترس بوده و ارزان بودن آن است. از اين جهت براي تركيبات گازي قابل حل در آب اين ماده، جاذب مهمي به حساب مي‌آيد. استفاده از آب خصوصا در سيستم‌هايي كه حجم زيادي از گاز در فشار كم بايد تحت عمل تصفيه قرار بگيرد اهميت مي‌يابد. در چنين شرايطي استفاده از ديگر حلال‌ها و مواد آلي به عنوان جاذب، خطر بخار شدن بخشي از ماده جاذب و وارد شدن آن به جريان گازي و آلوده كردن محيط زيست را به همراه خواهد داشت. آمونياك دي اكسيد گوگرد، دي اكسيد كربن، سولفيد هيدروژن، فلوئوريد هيدروژن، كلريد هيدروژن وكلر از موادي مي‌باشند كه جهت جداسازي آنها به صورت صنعتي از آب استفاده مي‌شود]3[.
2-9-برج جذب بستر سیال دستگاه تماس بستر سیالی نوعی از دستگاه های تماس گاز مایع می باشد که در عملیات جذب گاز و انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرد. هنگامیکه این دستگاه در عملیات جذب گاز مورد استفاده قرار بگیرد آنرا Turbulent Contact Absorber یا به اختصار TCA می نامند.
مشخصه مهم این دستگاه پرکن های سبکی است که بین دو شبکه نگهدارنده قرار گرفته اندو توسط جریان گاز قابل حرکت می باشند. فاصله بین این دو شبکه به اندازه ای است که پرکن ها قادر باشند آزادانه در فضای بین این نگهدارنده ها حرکات تصادفی داشته باشند و از تراکم آنها به طرف نگهدارند بالایی جلوگیری شود. حرکت پرکن ها از کثیف شدن آنها و مسدود شدن فضای خالی بین آنها در حالتی که گاز یا مایع دارای ذرات معلق باشند و یا در اثر واکنش شیمیایی ذرات معلق ایجاد گردد جلوگیری می کند.
برج های جذب معمول که دارای بستر ثابت هستنددر نزدیکی نقطه طغیان بالاترین راندمان را دارا هستند اما به علت مسائل و مشکلات ناشی از مسدود شدن فضای خالی بین پرکن ها این برج ها را برای شرایط زیر نقطه طغیان طراحی می کنند و بنابراین حجم آنها افزایش می یابد اما در برج TCA این امکان وجو دارد که از جریان های نسبتا زیاد گاز و مایع استفاده کرد. شدت جریان های زیاد گاز و مایع در سیستم باعث می شود که سرعت جذب به میزان قابل ملاحظه ای افزایش یابد.
در برج بستر ثابت ماندگی مایع از دو قسمت تشکیل می شود: ماندگی مایع ثابت و ماندگی مایع متحرک. ماندگی مایع متحرک عبارت از مقدار مایعی است که در بین پرکن ها به طور مداوم جای خود را به مایع جدید می دهد. اگر جریان های گاز و مایع به درون برج متوقف شوند این مایع از لابه لای پرکن ها خارج خواهد شد در حالیکه ماندگی ثابت در لابه لای پرکن ها درگیر شده و به صورت ساکن در آمده است و جابه جایی آن با مایع جدید به کندی انجام میگیرد، همچنین در اثر توقف جریان های گاز و مایع چکه نخواهد نمود.
در برج TCA به علت حرکت مداوم پرکن ها ماندگی ثابت وجود ندارد. با توجه به اینکه ماندگی متحرک سهم زیادی در پدیده ای انتقال دارد بنابراین یکی از دلایل بالاتر بودن ضرائب انتقال جرم و حرارت در برج TCA نسبت به برج پرشده روشن می گردد.
فصل سوم

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *