مطالعه تجربی جذب کربن‌دی‌اکسید با استفاده از محلول آبی پتاسیم هیدروکسید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

فناوری جذب شیمیایی به‌‌طورگسترده در صنعت، برای حذف کربن‌دی‌اکسید از گاز احتراق و همچنین شیرین‌سازی گاز طبیعی مورد استفاده قرار می‌‌گیرد. برای رشد این روش، توسعه و شناسایی جاذب‌‌های بهینه به‌‌منظور جذب بیش‌‌تر و کاهش انرژی جذب، لازم می‌‌باشد. محلول‌‌های آبی هیدروکسیدهای فلزهای قلیایی به دلیل نیاز به انرژی پایین و سازگاریشان با محیط زیست در مقایسه با جاذب‌‌های آمینی، مورد توجه پژوهشگران قراردارند. در این پژوهش از پتاسیم هیدروکسید برای جذب کربن‌دی‌اکسید استفاده شد. در آزمایش‌های جذب تأثیر دور همزن و دما بر روی میزان جذب کربن‌دی‌اکسید توسط محلول آبی پتاسیم هیدروکسید در یک راکتور هم‌‌زن‌‌دار مورد مطالعه قرارگرفت. نتیجه­ها نشان داد که با افزایش دور همزن از rpm50 تا rpm150 میزان بارگیری، درصد جذب و شار انتقال جرم کربن‌دی‌اکسید به ترتیب 33%، 32% و 36% افزایش می یابند ولی افزایش دور همزن بیش از این مقدار تأثیری بر میزان جذب نخواهد داشت. افزایش دما نیز در بازه‌ی ºC22-65 با فشار 6 بار، غلظت 2/1 مول بر لیتر و دور همزن rpm150 انجام شد و دیده شد که افزایش دما تا نیمه‌های فرایند جذب باعث افزایش بارگیری، درصد جذب و شار جذب کربن‌دی‌اکسید شد ولی میزان تعادلی این پارامترها با افزایش دما به میزان کمی کاهش یافت. در واقع با افزایش دما از ºC 22 به ºC 65 میزان بارگیری، درصد جذب و شار انتقال جرم تعادلی به ترتیب 15%، 2/4% و 13% کاهش یافتند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Songolzadeh M., Soleimani M., Takht Ravanchi M., Songolzadeh R., Carbon Dioxide Separation from Flue Gases: A Technological Review Emphasizing Reduction in Greenhouse Gas Emissions, The Scientific World J., 2014: 1-34 (2014).
[2] Heydarifard M., Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Reactive Absorption of CO2 into Piperazine Aqueous Solution in a Stirrer Bubble Column: Modeling and Experimental, Int. Journal Greenhouse Gas Control, 79: 91-116 (2018).
[3] Mirzaei F., Ghaemi A., An Experimental Correlation for Mass Transfer Flux of CO2 Reactive Absorption into Aqueous MEA-PZ Blended Solution, Asia-Pacific J. Chem. Eng., 13(6):     (2018).
[4] Pashaei H., Ghaemi A.,  Nasiri M., Modeling and Experimental Study on the SolubiLy and Mass Transfer of CO2 into Aqueous DEA Solution Using a Stirrer Bubble Column, RSC Advances, 6: 108075-108092 (2016).
[5] Amiri M., Shahhosseini S., Ghaemi A., Optimization of CO2 Capture Process from Simulated Flue Gas by Dry Regenerable Alkali Metal Carbonate Based Adsorbent Using Response Surface Methodology. Energy & Fuels, 31: 5286-5296 (2017).
[6] Fashi F., Ghaemi A., Moradi P., Piperazine-Modified Activated Alumina as a Novel Promising Candidate for CO2 Capture: Experimental and Modeling, Greenhouse Gases: Sci. Technol., 9: 37-51 (2018).
[7] Yılmaz, S., Selim H., A Review on the Methods for Biomass to Energy Conversion Systems Design, Renewable Sust. Energy Rev., 25: 420-430 (2013).
[8] Möllersten K., Yan J., Moreira J.R., Potential Market Niches for Biomass Energy with CO2 Capture and Storage—Opportunities for Energy Supply with Negative CO2 Emissions, Biomass and Bioenergy, 25(3): 273-285 (2003).
[9] Azar C., Lindgren K., Obersteiner M., Riahi K., van Vuuren D.P., Den Elzen K.M.G.J., Möllersten K., Larson E.D., The feasibility of Low CO2 Concentration Targets and the Role of Bio-Energy with Carbon Capture and Storage (BECCS). Climatic Change, 100(1): 195-202 (2010).
[10] Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Experimental Study and Modeling of CO2 Absorption into Diethanolamine Solutions Using Stirrer Bubble Column, Chem. Eng. Res. Design, 121: 32-43 (2017).
[11] Ghaemi A., Mass Transfer and Thermodynamic Modeling of Carbon Dioxide Absorption into MEA Aqueous Solution, Polish J. Chem. Technol., 19(3): 75-82 (2017).
[12] Yu C.-H., Huang C.-H., Tan C.-S., A Review of CO2 Capture by Absorption and Adsorption, Aerosol Air Qual. Res., 12(5): 745-769 (2012)
[13]  Pashaei H., Ghaemi A., Nasiri M., Heydarifard M., Experimental Investigation of the Effect of Nano Heavy Metal Oxide Particles in Piperazine Solution on CO2 Absorption Using Stirrer Bubble Column, Energy Fuels, 32 (2): 2037-2052 (2018).
[14]   Kazemi Sh., Ghaemi A., Tahvildari K., Chemical Absorption of Carbon Dioxide into Aqueous Piperazine Solutions Using a Stirred Batch Reactor, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 39(4): 253-267 (2020).
[15] Gouedard C., Picq D., Launay F., Carrette P.L., Amine Degradation in CO2 Capture. I. A Review, Int. J. Greenhouse Gas Control, 10:  244-270 (2012).
[16] Lepaumier H., Picq D., Carrette P.-L., Degradation Study of New Solvents for CO2 Capture in Post-Combustion, Energy Procedia, 1(1): 893-900 (2009).
[17]  Ghaemi A., Jafari Z., Etemad E., Prediction of CO2 Mass Transfer Flux in Aqueous Amine Solutions Using Artificial Neural Networks, Iranian J. Chemistry Chem. Eng. (IJCCE), 39(4): 269-280 (2020).
[18] Mumford, K.A., Wu, Y., Smith, K.H. and Stevens, G.W., Review of Solvent Based Carbon-Dioxide Capture Technologies, Frontiers Chem. Sci. Eng., 9(2): 125-141 (2015).
[19] Norfleet W., Horn W., Carbon Dioxide Scrubbing CapabiLies of Two New Non-Powered Technologies. Habitation, 9: 67-78 (2003).
[20] Matty C.M., "Overview of Long-Term Lithium Hydroxide Storage Aboard the International Space Station", Int. Conference Environ. Sys. (2008).
[21] Zeman, F., Energy and Material Balance of CO2 Capture from Ambient Air, Environ. Sci. Technol., 41(21): 7558-7563 (2007).
[22] Mahmoudkhani M., Keith D.W., Low-Energy Sodium Hydroxide Recovery for CO2 Capture from Atmospheric Air-Thermodynamic Analysis, Int. J. Greenhouse Gas Control, 3(4): 376-384 (2009).
[23] Baciocchi R., Storti G., Mazzotti M., Process Design and Energy Requirements for the Capture of Carbon Dioxide from Air, Chem. Eng. Proc.: Process Intensification, 45(12): 1047-1058 (2006).
[24] Stolaroff J.K., Keith D.W., Lowry G.V., Carbon Dioxide Capture from Atmospheric Air Using Sodium Hydroxide Spray, Environ. Sci. Technol., 42(8): 2728-2735 (2008).
[25] Gomes J., Santos S., Bordado J., Choosing Amine-Based Absorbents for CO2 Capture, Environ. Technol., 36(1): 19-25 (2015).
[26] Tirandazi B., Yahyaee A., Kianpour M., Shahhosseini S., Experimental Investigation and Modeling of Viscosity Effect on Carbon Dioxide Absorption Using Sodium Hydroxide, J. Environ. Chem. Eng., 5(3): 2597-2604 (2017).
[27] Masaki, K., On the CO2 Absorption Velocity of NaOH-and KOH-Solutions. The J. Biochem., 13(1): 211-217 (1931).
[28] Rumpf B., Xia J., Maurer G., SolubiLy of Carbon Dioxide in Aqueous Solutions Containing Acetic Acid or Sodium Hydroxide in the Temperature Range from 313 to 433 K and at Total Pressures up to 10 MPa, Ind. Eng. Chem. Res., 37(5): 2012-2019 (1998).
[29] Yincheng G., Zhenqi N., Wenyi L., Comparison of Removal Efficiencies of Carbon Dioxide Between Aqueous Ammonia and NaOH Solution in a Fine Spray Column, Energy Procedia,
4: 512-518 (2011).
[30] Gondal S., Asif N., Svendsen H.F., Knuutila H., Kinetics of the Absorption of Carbon Dioxide into Aqueous Hydroxides of Lithium, Sodium and Potassium and Blends of Hydroxides and Carbonates, Chem. Eng. Sci., 123: 487-499 (2015).
[31] Gondal S., Svendsen H.F., Knuutila H.K., Activity Based Kinetics of CO2–OH− Systems with Li+, Na+ and K+ Counter Ions, Chem. Eng. Sci., 151: 1-6 (2016).
[32] Krauβ M., Rzehak R., Reactive Absorption of CO2 in NaOH: Detailed Study of Enhancement Factor Models, Chem. Eng. Sci., 166: 193-209 (2017).
[33] Yoo M., Han S.-J., Wee J.-H., Carbon Dioxide Capture Capacity of Sodium Hydroxide Aqueous Solution., J. Environ. Management, 114: 512-519 (2013).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار