| معرفی فرآیندهای خالص سازی گاز هیدروژن (جذب سطحی، غشایی، جذب گاز با حلال) | |
| تعداد صفحات | ۷۱ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۳٫۴ Mb |
معرفی فرآیندهای خالص سازی گاز هیدروژن (جذب سطحی، غشایی، جذب گاز با حلال)
در این قسمت پروژه با موضوع معرفی فرآیندهای خالص سازی گاز هیدروژن (جذب سطحی، غشایی، جذب گاز با حلال) به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است.
قسمتی از متن پروژه در زیر نشان داده شده است.
۱-۱- مقدمه
امروزه، هیدروژن به عنوان یک گاز مهم برای تولید سوخت های پاک و بدون سولفور به شمار می رود [۱]. به علت قوانین جدید محیط زیست جهت تولید سوخت پاک، تولید هیدروزن در صنایع پتروشیمیایی و پالایشگاهی بیش از گذشته افزایش یافته است. علاوه بر این برای افزایش ظرفیت واحد های هیدروپروسسینگ به هیدروژن بیشتری نیاز است و برای افزایش طول عمر کاتالیست های این واحد خلوص هیدروژن باید بالا باشد [۲]. هیدروژن گازی به شکل خالص در طبیعت یافت نمی شود. از این رو برای تولید هیدروژن به سرمایه گذاری نیاز است. تولید هیدروژن از جریان گاز خروجی پالایشگاه ها یکی از ارزان ترین روش های تولید هیدروژن به شمار می رود [۳].
در گذشته گاز خروجی پالایشگاه به سیستم سوخت پالایشگاه فرستاده می شد، در این حالت تنها از ارزش حرارتی آن استفاده می شد. اما امروزه با توجه به این حقیقت که تقاضای تولید هیدروژن در پالایشگاه بالا رفته است، این جریان به عنوان یک منبع تولید هیدروژن به حساب می آید. علاوه بر این بازیابی هیدروژن از جریان گاز خروجی تولید گاز دی اکسید کربن را کاهش می دهد که این ناشی از کاهش ظرفیت واحد تبدیل متان می باشد [۴]. در پالایشگاه ها بیشتر هیدروژن قسمت جبرانی از قسمت تبدیل کاتالیستی فراهم می شود [۵].
این واحد برای تولید محصولات آروماتیک و افزایش عدد اکتان نفتا با هیدروژن زدایی از مولکول های هیدروکربنی احداث می شود و به طور هم زمان مقدار زیادی هیدروژن به عنوان محصول جانبی تولید می کند که به عنوان جریان گاز خروجی واحد تبدیل کاتالیستی شناخته می شود. معمولا بخشی از این جریان به سیستم سوخت پالایشگاه هدایت می شود که می توان با بازیابی هیدروژن این جریان، از آن در بخش های مورد نظر استفاده کرد. بازیافت هیدروژن از جریان گاز خروجی دو جریان مجزا تولید می کند یکی هیدروژن با خلوص بالا و دیگری جریان هیدروکربن های متان اتان تا هگزان و بالاتر.
متان ناخالصی مهمی در جریان گاز خروجی پالایشگاه به شمار می رود که جداسازی آن دشوار است. ورود متان به واحد هیدروپروسسینگ موجب تشکیل کک روی کاتالیست و در نتیجه آسیب رساندن به آن می شود، بنابر این باید از این جریان جدا شود [۶]. سه روش معمول که برای بازیابی هیدروژن قابل استفاده هستند، فرآیند های جذب سطحی با نوسان فشار، غشای پلیمری و جذب با حلال می باشند. هیدروژن بازیابی شده می تواند با هیدروژن قسمت جبرانی ادغام شده تا در نهایت خلوصی بین ۹۴ تا ۹۶ درصد به دست آید [۶].
۲-۱- هیدروژن
هیدروژن تنها عنصری است که از لحاظ دسته بندی در هیچ یک از گروه های جدول تناوبی عنصرها، قرار نمی گیرد. این عنصر از جهاتی به فلزهای قلیایی و از جهاتی هم به هالوژن ها شباهت دارد، اما تفاوت آن با عناصر این دو گروه به اندازه ای است که می توان هیدروژن را در جدول تناوبی عنصرها در موقعیتی منحصر به فرد قرار داد. در مقایسه با فلزهای قلیایی و هالوژن ها، تشکیل یون های مثبت و منفی از هیدروژن دشوارتر می باشد. در بسیاری از موارد هیدروژن با تشکیل پیوند کوالانسی ساده، می تواند به عنصرهای دیگر بپیوندد. هیدروژن فراوان ترین عنصر در کره زمین است. آبی که ۱۱٫۱۹ درصد وزنی آن از هیدروژن و ۸۸٫۸۱ درصد وزنی آن از اکسیژن تشکیل یافته، ۷۰ درصد سطح زمین را به صورت اقیانوسها، رودخانه ها، دریاچه ها و سایر منابع آبی پوشانده است [۷].
هیدروژن گازی موجود در جو زمین بسیار اندک است. هیدروژن در زمین به حالت ترکیب با سایر عنصرها وجود دارد. در گیاهان و جانوران، هیدروژن در پروتئین ها، چربی ها و قندها به صورت ترکیب یافت می شود. هیدروژن به عنوان یکی از عناصر سازنده سوختهای فسیلی نیز به حساب می آید. هیدروژن سبکترین عنصر به شمار می رود. مولكول هیدروژن گازی بی رنگ، بی بو و بی طعم است. برخی از خواص هیدروژن در جدول (۱-۱) نشان داده شده است .
دمای جوش و دمای ذوب بسیار پایین هیدروژن نشانه ضعیف بودن نیروهای جاذبه بین مولکولی در حالت های مایع و جامد آن است. چگالی هیدروژن در حدود یک چهاردهم چگالی هواست و انحلال پذیری آن در آب بسیار کم است. آرایش الکترونی هیدروژن به صورت (۱S2) است و می تواند با اضافه کردن یک الكترون به آن به آرایش گاز نجيب هلیوم (۱۶) برسد. هیدروژن در بیشتر ترکیب ها با پیوند کوالانسی در اتصال با عناصر دیگر است. سبکترین و ساده ترین مولکول، مولکول هیدروژن است که از دو پروتون و دو الكترون تشکیل یافته است.
۱-۲-۱- خواص فیزیکی هیدروژن
در محدوده دماهای وسیع و حتی در فشارهای بالا هیدروژن را می توان به عنوان یک گاز ایده آل در نظر گرفت. هیدروژن در دما و فشار استاندارد، بدون بو، بدون رنگ، بی مزه، غیر سمی و غیر خورنده و گاز دو اتمی غیر فلزی است. یکی از مهمترین ویژگی های هیدروژن دانسیته خیلی کم آن است. همچنین هیدروژن گازی ظرفیت گرمایی بالایی دارد. هیدروژن حلالیت کمی در حلال های متعددی دارد. گاز هیدروژن دارای تمایل به گسترش و نفوذپذیری بالا است.
هیدروژن هنگام آزادسازی به سرعت با هوای معمولی مخلوط می شود. سرعت نفوذپذیری این گاز با درجه حرارت به نسبت Tn (بين ۱٫۷۲ تا ۱٫۸) متناسب است. سرعت نشت آن ۵۰ مرتبه بیشتر از آب و ۱۰ مرتبه بیشتر از نیتروژن است. افزودن مواد معطر و رنگی به آشکارسازی نشت های کوچک کمک می کند، اما این روش در هر شرایطی عملی نیست. در درجه حرارت ها و فشارهای افزاینده، هیدروژن به صورت ملایم به فولادهای سخت شده حمله می کند و باعث شکنندگی می شود. این مسئله در موارد ذخیره و حمل گاز هیدروژن تحت فشار، باید مورد توجه قرار گیرد. از این رو توجه به انتخاب مواد مناسب برای ممانعت از شکنندگی و تردی حائز اهمیت است [۹-۸].
۱-۲-۲- خواص شیمیایی هیدروژن
اتم هیدروژن به شدت واکنش پذیر است از این رو به حالت خالص در طبیعت یافت نمی شود. یک kg هیدروژن دارای MJ ۱۳۲ انرژی است که تقریبا ۲٫۵ برابر انرژی موجود در یک kg گاز طبیعی می باشد. درجه حرارت شعله ناشی از سوختن مخلوط هیدروژن- هوا حداکثر ۲۴۰۳K است. محدوده آتش گیری وسیع هیدروژن، در درجه حرارت اطاق، در غلظت های بین ۴ تا ۷۵ درصد حجمی با هوا و تا ۹۵ درصد حجمی در اکسیژن است.
درجه حرارت خود اشتعالی یعنی درجه حرارت کمینه یک سطح داغ که می تواند موجب اشتعال یک مخلوط قابل اشتعال شود، برای هیدروژن در محدوده ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ است که به شرایط آزمایش بستگی دارد. اما می توان میزان بالای این حد دمایی را توسط کاتالیست کاهش داد. حداقل انرژی اشتعال هیدروژن در هوا معادل MJ 0.02 است. این مقدار خیلی کمتر از انرژی مورد نیاز برای مخلوط های هیدروکربنی – هوا است. این مقدار که می تواند حاصل یک جرقه ضعیف باشد برای اشتعال هیدروژن کافی است [۹-۸].
۱-۳- هیدروژن به عنوان سوخت
۱-۳-۱- موتورهای پیل سوختی و احتراق داخلی
برای استفاده از سوخت هیدروژن می توان از موتورهای پیل سوختی و یا از موتورهای احتراق داخلی استفاده کرد. در موتورهای پیل سوختی عکس عمل الکترولیز انجام می شود. یعنی اکسیژن با هیدروژن ترکیب شده و طی فرآیندهایی به جای اینکه هیدروژن آتش بگیرد، جریان الکتریسیته تولید می شود. در نتیجه الکتریسیته تولیدی برای به کار انداختن موتورهای الکتریکی مصرف می شوند. این موتورهای پیل سوختی می توانند هیدروژن را از مخازن ذخیره هیدروژن یا از هیدروکربن ها به دست آورند. اگر در باک خودرو به جای هیدروژن، بنزین یا گازوییل یا انواعی دیگر از هیدرو کربن ریخته شود این هیدروکربنها در فرایندهای شیمیایی و یا بیولوژیکی تجزیه شده و هیدروژن آزاد می کنند و بعد هیدروژن با اکسیژن هوا ترکیب شده و جریان الکتریسیته تولید می کند.
این نوع موتورها، راه کار مناسبی برای آینده صنعت حمل و نقل به شمار می روند. اما موتورهای هیدروژنی احتراق داخلی مانند موتورهای گاز سوز معمول هستند که به جای گاز، هیدروژن می سوزانند. انگیزه استفاده از این موتور ها نسبت به موتورهای پیل سوختی پایین است و معلوم نیست که بتوانند در آینده نقش قابل توجهی داشته باشند. هیدروژن به ویژه برای خودروها به عنوان پاک ترین سوخت شناخته می شود زیرا وقتی که می سوزد، فقط آب تولید می کند اگر چه گفته می شود هیدروژن سوخت آینده خواهد بود اما محققان هنوز موفق به یافتن شیوه ای کارامد برای تولید و ذخیره این سوخت نشده اند.
از آن جایی که در یک پیل سوختی بوسیله واکنش شیمیایی که بین هیدروژن و اکسیژن انجام می گیرد، الکتریسیته تولید می شود و محصول جانبی بی خطر بخار آب دارد، این روش بسیار مورد توجه گروه های حامی محیط زیست قرار گرفته است. راندمان این پیل ها در حدود ۵۰ درصد است که این در مقابل روش های الکتریسیته دیگر راندمان بالایی به شمار می رود. برای اطلاعات بیشتر می توان به [۸] مراجعه کرد.
فهرست عناوین
فصل اول معرفی هیدروژن، خواص و روش های تولید آن
۱-۱- مقدمه
۲-۱- هیدروژن
۱-۲-۱- خواص فیزیکی هیدروژن
۱-۲-۲- خواص شیمیایی هیدروژن
۱-۳- هیدروژن به عنوان سوخت
۱-۳-۱- موتورهای پیل سوختی و احتراق داخلی
۱-۳-۲- مقایسه هیدروژن با سوخت های دیگر
۱-۳-۲-۱- محتوای انرژی
۱-۳-۲-۲- انتشار
۱-۳-۲-۳- سمی بودن
۱-۳-۲-۴- شناسایی
۱-۳-۲-۵- دمای احتراق خودبه خودی
۱-۳-۲-۶- عدد اکتان
۱-۳-۲-۷- اشتعال پذیری
۱-۴- مصرف هیدروژن
۱-۵- روش های تولید هیدروژن
۱-۵-۱- فرآیند تبدیل بخار آب به وسیله متان
۱-۵-۲- اکسیداسیون جزیی تبدیل اتوترمال متان
۱-۵-۳- گاز سازی زغال سنگ
۱-۵-۴- گاز سازی زیست توده
فصل دوم معرفی فرآیند های خالص سازی هیدروژن
۲-۱- فرآیند های جذب سطحی
۲-۱-۱- جذب سطحی
۲-۱-۱-۱- جذب فیزیکی
۲-۱-۱-۲- جذب شیمیایی
۲-۱-۲- الگوهای جذب سطحی گازها
۲-۱-۳- معرفی مختصر جاذب های متداول
۲-۱-۳-۱- کربن فعال
۲-۱-۳-۲- غربال های مولکولی کربنی
۲-۱-۳-۳- سیلیکاژل
۲-۱-۳-۴- غربال ملکولی زئولیتی
۲-۱-۳-۵- آلومینیوم فعال
۲-۱-۴ تعادل گاز – جامد و هم دمای جذب سطحی
۲-۱-۵- فرآیند جداسازی جذب سطحی با نوسان فشار
۲-۱-۶- سیکل اسکاستروم
۲-۱۷- تولید هیدروژن به وسیله جذب سطحی
۲-۲- فرآیند جداسازی غشایی
۲-۲-۱- غشا
۲-۲-۲- کاربردهای غشا
۲-۲-۳- گسترش جداسازی غشایی
۲-۲-۴- واحد غشایی جداکننده هیدروژن
۲-۲-۵- جداسازی هیدروژن
۲-۲-۶- مکانیزم فرآیند جداسازی غشایی در گازها
۲-۳- فرآیند جذب گاز با حلال
۲-۳-۱- حلالیت تعادلی گاز در مایعات
۲-۳-۲- عملیات جداسازی در برج های جذب
۲-۳-۳- انتخاب حلال برای عمل جذب
فصل سوم مروری بر مطالعات گذشته
۳-۱- جذب سطحی
۲-۳- جداسازی غشایی
۳-۳- مطالعه اقتصادی
منابع
| معرفی فرآیندهای خالص سازی گاز هیدروژن (جذب سطحی، غشایی، جذب گاز با حلال) | |
| تعداد صفحات | ۷۱ |
| نوع فایل | Word |
| حجم فایل | ۳٫۴ Mb |