شبکه عصبی برای جداسازی کربن دی‌اکسید از مخلوط‌های گازی گوناگون با استفاده از هیدرات‌های نیمه گازی در حضور بهبوددهنده‌ها

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشکده محیط زیست، دانشگاه علوم و مهندسی سادرن کراس جنوبی، لیزمور، استرالیا

چکیده

 انتشار بیش از حد کربن دی‌اکسید از سامانه­ های گوناگون مانند زیست­ گاز (CH4+CO2)، سوخت گازی (H2+CO2) و گازدودکش (N2+CO2)، یکی از دلیل­ های اصلی گرمایش زمین و مشکل­ های زیست‌محیطی می­ باشد. در سال­ های اخیر، فرایند جداسازی برمبنای هیدرات گازی توجه­ های ویژه ­ای را به خود اختصاص داده است. در این کار تلاش شده است یک مدل جامع هوشمند شبکه عصبی، برای پیش­ بینی شرایط تشکیل هیدرات از سامانه­ های گوناگون و در حضور بهبود دهنده­ های متفاوت از خانواده نمک ­های چهار جزیی آمونیوم و فسفنیم به ­منظور جداسازی CO2 از سامانه­ های گوناگون ارایه شود. سرانجام داده­ های آزمایشگاهی با داده­ های پیش ­بینی شده مقایسه شدند،و مدل شبکه عصبی توانایی پیش­بینی شرایط تشکیل هیدرات را با دقت قابل پذیرشی (98/0~R2) دارد. سایر نتیجه­ های آنالیز خطا برای داده­ های آزمون شبکه (24/0MSE = و 19/7MEAE %=) نیز نشان­ دهنده عملکرد قابل پذیرش مدل ارایه شده می­ باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] Gholinezhad J., Chapoy A., Tohidi B., Separation and Capture of Carbon Dioxide from CO2/H2 Syngas Mixture Using Semi-Clathrate Hydrates, Chemical Engineering Research and Design, 89: 1747-1754 (2011).

[3] Xia Z. M.,  Li X. S, Chen Z. Y., Li G., Yan K. F., Xu C. G.,. Lv Q. N, and Cai J., Hydrate-Based CO2 Capture and CH4 Purification from Simulated Biogas with Synergic Additives Based on Gas Solvent, Applied Energy, Inpress, (2015).

[4] Park S., Lee S., Lee Y., Seo Y., CO2 Capture from Simulated Fuel Gas Mixtures Using Semiclathrate Hydrates Formed by Quaternary Ammonium Salts, Environmental Science and Technology, 47: 7571-7577 (2013).

[5] Karamoddin M. and Varaminian F., Water Desalination Using R141b Gas Hydrate Formation, Desalination and Water Treatment, 52: 2450-2456 (2014).

[6] Babu P., Kumar R., Linga P., Medium Pressure Hydrate Based Gas Separation (HBGS) Process for Pre-Combustion Capture of Carbon Dioxide Employing a Novel Fixed Bed Reactor, International Journal of Greenhouse Gas Control, 17: 206-214 (2013).

[7] Hoseini nasab S. M., Vafaei M., Mohamadi A., Izadpanah A. A., Development of New Empirical Correlation for Predicting Hydrate Formation Conditions, “Proceedings of the 7th International Conference on Gas Hydrates”, Edinburgh, Scotland, United Kingdom, 17-21, (2011).

[8] Babaee S., Hashemi H., Mohammadi A. H., Naidoo P., Ramjugernath D., Experimental Measurement and Thermodynamic Modeling of Hydrate Dissociation Conditions for the Argon + TBAB + Water System, Journal of Chemical & Engineering Data, 59: 3900-3906 (2014).

[9] Bahadori A., Vuthaluru H.B., A Novel Correlation for Estimation of Hydrate Forming Condition of Natural Gases, Journal of Natural Gas Chemistry, 18: 453-457 (2009).

[10] Sayyad Amin J., Bahadori A., Mohamadi E., Hoseini Nia B., Predicting Natural Gas Hydrate Formation Temperature Using Levenberg-Marquardt Algorithm, Petroleum Science and Technology, 33: 1038-1044 (2015).

[12] Sayyad Amin J., Abbasi Souraki B., Bahadori A., Rafiee S., Prediction of Hydrate Formation Conditions to Separate Carbon Dioxide from Fuel Gas Mixture in the Presence of Various Promoters, Petroleum Science and Technology, 34: 153-161 (2016).

[13] Sayyad Amin J., Bahadori M., Bahadori A., Abbasi Souraki B, Rafiee S., Modelling of CO2 Capture and Separation from Different Gas Mixtures Using Semi Clathrate Hydrates, Petroleum Science and Technology, 34: 406-414 (2016).

[14] Ghiasi M.M., Initial Estimation of Hydrate Formation Temperature of Sweet Natural Gases Based on New Empirical Correlation, Journal of Natural Gas Chemistry, 21: 508–512 (2012).

[15] Sayyad Amin J., Bahadori A., Kashiwao T., Ahmad Z., Abbasi Souraki B., Rafiee S., A New Empirical Correlation for Prediction of Carbon Dioxide Separation from Different Gas Mixtures , Petroleum Science and Technology, 34:562-569 (2016).

[16] Hagan M. T., Demuth H.B., Beale M., Neural Network Design, Orlando De Jes, (2002).

[17] Acosta H. Y., Bishnoi P. R., Clarke M.A., Experimental Measurements of the Thermodynamic Equilibrium Conditions of Tetra-n-butyl ammonium Bromide Semi clathrates Formed from Synthetic Landfill Gases, Journal of Chemical & Engineering Data, 56: 69-73 (2011).

[18] Fan S., Li Q., Nie J., Lang X., Wen Y., Wang Y., "Semi clathrate Hydrate Phase Equilibrium for CO2/CH4 Gas Mixtures in the Presence of Tetra Butyl Ammonium Halide (Bromide, Chloride, or Fluoride), Journal of Chemical & Engineering Data, 58:3137-3141, (2013).

[19] Mohammadi A. H., Eslamimanesh A, Richon D., Semi-Clathrate Hydrate Phase Equilibrium Measurements for the CO2+H2/CH4+tetra-n-Butylammoniumbromide Aqueous Solution System, Chemical Engineering Science, 94:284-290 (2013).

[20]. Li X. S, Xia Z. M, Chen Z. Y, Yan K. F., Li G., and Wu H. J., Equilibrium Hydrates Formation Conditions for the Mixtures of CO2+H2+TBAB, Journal of Chemical & Engineering Data, 55: 2180-2184 (2010).

[21] Babu P., Yao M., Datta S., Kumar R., Linga P., Thermodynamic and Kinetic Verification of TBANO3 as a Promoter of the Clathrate Process Applicable for Pre Combustion CO2 Capture, Environmental Science & Technology, 48: 3550-3558 (2014).

[23] Kim S.M., Lee J.D., Lee H.J., Lee E.K., Kim Y., Gas Hydrates Formation Method to Capture the Carbon Dioxide for Pre-Combustion Process in IGCC Plant, International Journal of Hydrogen Energy, 36: 1115-1121 (2011).

[24] Wang S., Danner M., Kuchling T., Clarke M.A., Measurement of the Three-Phase (vapor + liquid + solid) Equilibrium Conditions of Semi-Clathrate Formed from Mixtures of CO2, CO and H2, The Journal of Chemical Thermodynamics, 56: 149-152 (2013).

[25] Mohammadi A.H., Eslamimanesh A., Belandria V., Richon D., Phase Equilibrium Measurements for Semi-Clathrate Gydrates of the (CO2 + N2 + tetra-n-butyl ammonium bromide) Aqueous Solution System, The Journal of Chemical Thermodynamics, 46: 57-61 (2012).

[26] Ye N., Zhang P., Phase Equilibrium Conditions and Carbon Dioxide Separation Efficiency of Tetra‑n‑butyl Phosphonium Bromide Hydrate, Journal of Chemical & Engineering Data, 59: 2920-2926 (2014).

[27] Sfaxi I.B.A., Durand I., Lugo R., Mohammadi A.H., Richon D., Hydrate Phase Equilibria of CO2+ N2+ Aqueous Solution of THF, TBAB or TBAF System, International Journal of Greenhouse Gas Control, 26: 185-192 (2014).

[28] Belandria V., Mohammadi A.H., Eslamimanesh A., Richon D., Sánchez-Mora M.F., Galicia-Luna L.A., "Phase Equilibrium Measurements for Semi-Clathrate Hydrates of the (CO2 + N2 + tetra-n-butyl ammonium bromide) Aqueous Solution Systems: Part 2, Fluid Phase Equilibria, 322-323: 105-112 (2012).

[29] Meysel P., Oellrich L., Bishnoi P. R., Clarke M.A., Experimental Investigation of Incipient Equilibrium Conditions for the Formation of Semi-Clathrate Hydrates from Quaternary Mixtures of (CO2 + N2 + TBAB + H2O), The Journal of Chemical Thermodynamics, 43: 1475-1479 (2011).

[30] Sun S.C., Liu C.L., Meng Q.G., Hydrate Phase Equilibrium of Binary Guest-Mixtures Containing CO2 and N2 in Various Systems, The Journal of Chemical Thermodynamics, 54: 1-6 (2015).

[31] Fulton W., and Harris J., "Representation Theory: A First Course, Graduate Texts in Mathematics, and Readings in Mathematics", 'Springer-Verlag, New York, (1991).

[32] Bair E., Hastie T., Paul D., Tibshirani R., Prediction by Supervised Principal Components, Journal of the American Statistical Association, 101: 119–137 (2006).