اصلاح جاذب SAPO-34 برای جداسازی 2CO از گاز طبیعی در فشار پایین: بررسی اثر اسیدیته، تبادل یون و نسبت Si/Al

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده انرژی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

از میان فرایندهای گوناگون جداسازی ناخالصی‌ها از گاز طبیعی، جذب بر روی جاذب جامد به علت سادگی و هزینه پایین و نیز امکان دستیابی به مقدارهای حذف بالای 2CO مورد توجه قرار گرفته است. جاذب SAPO-34 که یک غربال مولکولی است به علت اندازه حفره ­های همانند کربن دی­اکسید و بزرگ‌تر از CH4 سبب جداسازی بالای 2CO از گاز طبیعی می ­شود. در این پژوهش، جاذب SAPO-34با فسفریک اسید اصلاح و تغییر ویژگی­ های آن منجر به جداسازی بیش­ تر 2CO از گاز طبیعی شد. تغییرها در SAPO-34 شامل تغییر در نسبت Si/Al ، تغییر اسیدیته و همچنین تبادل یون می‌باشد. این تغییرها با فناوری ­های گوناگون آنالیز مانند EDX، SEM، XRD و BET مورد ارزیابی قرار گرفت. اثر دما و فشار بر مقدار جذب با انجام آزمایش روی جاذب‌ها در دماهای °C 5، 20 و 35 و در فشارهای bar 3، 5 و 7 مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه ­ها نشان داد که با افزایش فشار و کاهش دما، مقدار جذب افزایش یافته است و با به­ کارگیری روش طراحی آزمایش ­های دمای °C  4/17و فشار bar 6/4 به‌عنوان شرایط بهینه برای دستیابی به بیش­ترین مقدار حذف 2CO از گاز طبیعی (%95) تعیین شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Strathmann H., Membrane Separation Processes: Current Relevance and Future Opportunities, AIChE, 47: 1177-87 (2001).

[2] Bahadori A., "Natural Gas Processing: Technology and Engineering Design", Elsevier Science, 483-518 (2014).

[3] واشقانی فراهانی، ابراهیم؛ پاک سرشت، سعید؛ رشیدی، علی مراد، امکان سنجی استفاده از جذب سطحی برای جداسازی نیتروژن از 4CH، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)32 : 35 تا 47(1381).

[4] Juergen Caro M.N., Zeolite Membranes - Recent Developments and Progress, Microporous Mesoporous Mater., 115: 215–233 (2008).

[5] Arévalo-Hidalgo A.G., Riqiang Fu., Yasuyuki I., Hernández-Maldonado A.J., Separation of CO2 From Light Gas Mixtures Using Nanoporous Silicoaluminophosphate Sorbents: Effect of Multiple-Step Ion Exchange and Adsorption Mechanism via Computational Studies, Microporous Mesoporous Mater., 130: 142-153 (2010).

[6] Xu L., Liu Z., Du A., Wei Y., Sun Z., Synthesis, Characterization, and MTO Performance of MeAPSO-34 Molecular Sieves, Surf. Sci. Catal., 147: 445-450 (2004).

[7] Zhang L., Rivera-Ramos M. E., Hernández-Maldonado A. J., Location and Valence State of Strontium Cations on the Framework of a Carbon Dioxide Selective Porous Silicoaluminophosphate, Chem. Eng. J., 209: 356-361 (2012).

[9] Salmasi M., Fatemi S., Doroudian Rad M., Jadidi F., Study of Carbon Dioxide and Methane Equilibrium Adsorption on Silicoaluminophosphate-34 Zeotype and T- Type Zeolite as Adsorbent, Environ. Sci. Technol., 10: 1067-1074 (2013).

[10] Deroche I., Gaberova L., Maurin G., Llewellyn P., Castro M., Wright P., Adsorption of Carbon Dioxide in SAPO STA-7 and AlPO-18: Grand Canonical Monte Carlo Simulations and Microcalorimetry Measurements, Adsorption, 14: 207-213 (2008).

[11] Cheung O., Liu Q., Bacsik Z., Hedin N., Silicoaluminophosphates as CO2 Sorbents, Microporous Mesoporous Mater., 156: 90-96 (2012).

[12] آشوبی، فرزاد؛ موسوی، سید عباس؛ روستا آزاد، رضا، طراحی و ساخت یک واحد آزمایشگاهی برای جداسازی H2S و CO2 از CH4 با استفاده از تماس دهنده غشایی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)33 : 21 تا 30 (1393).

[13] مختاری حسینی، زهرا بیگم؛ شنوائی زارع، تکتم؛ کمالی­فر، یونس، حذف CO2 از گاز دودکش کارخانه سیمان توسط کلینوپتیلولیت طبیعی منطقه سبزوار، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)34 : 63 تا 72 (1394)

[14] رضایی، فاطمه؛ صدرعاملی، سید مجتبی؛ توفیقی داریان، جعفر؛ مفرحی، مسعود، جداسازی مخلوط گازی CO2 و N2 با روش جذب سطحی با تناوب فشار- خلأ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)32 : 39 تا 45 (1392).

[15] پرویزی مریدانی، سجاد؛ موسوی، سید عباس؛ رحیمی، محمد؛ صادقی، مسعود، مدل‌سازی حذف گاز CO2 از گاز طبیعی حاوی H2S به کمک تماس دهنده‌های غشایی، نشریه علوم و مهندسی جداسازی، (2)8 : 21 تا 29 (1395).

[16] بیات، یاسر؛ بابالو، علی اکبر، علیزاده، رضا، ساخت لایه‌های نازک غشایی کوپلیمر پلی‌آمید - پلی‌اتر روی پایه‌های نانوکامپوزیتی سرامیکی و ارزیابی عملکرد آنها در جداسازی CO2 از N2 و CH4، نشریه علوم و مهندسی جداسازی، (1)4 : 69 تا 75 (1391).

 [17] Zhang L., Fu R., Mathivathanan L., Hernández-Maldonado A. J., Strontium(II) Chabazite-Type Silicoaluminophosphate Prepared via Microwave Synthesis and Partial Detemplation: A Superior CO2 Adsorbent, Microporous Mesoporous Mater., 147: 274-280 (2012).

[18] Ashraf Talesh S.S., Fatemi S., Hashemi S. J., Emrani P., Comparative Study of Carbon Dioxide and Methane Adsorption by Synthesized Fine Particles of SAPO-34 Molecular Sieve, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 29(3): 37-45 (2010).

[19] Zhu J., Cui Y., Nawaz Z., Wang Y., Wei F., In situ Synthesis of SAPO-34 Zeolites in Kaolin Microspheres for a Fluidized Methanol or Dimethyl Ether to Olefins Process, Chin. J. Chem. Eng., 18: 979-987 (2010).

[20] Zeinali Varzaneh A., Tawfighi J., Mohamadalizadeh A., Comparative Study of Naphtha Cracking over SAPO-34 and HZSM-5: Effects of Cerium and Zirconium on the Catalytic Performance, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 107: 165-173 (2014).

[22] Leng Chew T., Ahmad A. L., Bhatia S., Ba-SAPO-34 Membrane Synthesized from Microwave Heating and Its performance for CO2/CH4 Gas Separation, Chem. Eng. J., 171: 1053-59 (2011).

[23] Lok B.M., Messina C.A., Patton R.L., Gajek R.T., Cannan T.R., Flanigen E.M.,Silicoaluminophosphate Molecular Sieves: Another New Class of Microporous Crystalline Inorganic Solids, J. Am. Chem. Soc., 106: 6092–6093(1984).

[24] Munthali M. W., Elsheikh M. A., Johan E., Matsue N., Proton Adsorption Selectivity of Zeolites in Aqueous Media: Effect of Si/Al Ratio of Zeolites, Molecules, 19: 20468-81 (2014).

[25] Martin C., Tosi-Pellenq N., Patarin J., Coulomb J.P.,Sorption Properties of AlPO4-5 and SAPO-5 Zeolite-like Materials, Langmuir, 14 (7): 1774–8 (1998).

[26] Ma J., Wu X., Weng D., Ma Y., Optimizing the Crystallinity and Acidity of H-SAPO-34 by 2 Fluoride for Synthesizing Cu/SAPO-34 NH3-SCR Catalyst, J. Environ. Sci., 41: 244-251 (2015).

[27] Wang J., Yu T., Wang X., Qi G., Xue J., Shen M., Li W., The Influence of Silicon on the Catalytic Properties of Cu/SAPO-34 for NOx Reduction by Ammonia-SCR, Appl. Catal., B127: 137-147 (2012).

[28] Wang j., Fan D., Yu T., Wang J., Hao T., Hu X., Shen M., Li W., Improvement of Low-Temperature Hydrothermal Stability of Cu/SAPO-34 Catalysts by Cu2+ Species, J. Catal, 322: 84-90 (2015).

[29] Sedighi M., Towfighi J., Mohamadalizadeh A., Effect of Phosphorus and Water Contents on Physico-Chemical Properties of SAPO-34 Molecular Sieve, Powder Technol., 259: 81-86 (2014).