Nashrieh Shimi va Mohandesi Shimi Iran

Nashrieh Shimi va Mohandesi Shimi Iran

The Removal of CO2 from Cement Plant Flue Gas by Sabzevar Natural Clinoptilolite

Document Type : Research Article

Authors
Zahra Beagom Mokhtari Hosseini 1
Toktam Shenavaei Zare 1
Yunus Kamalifar 2
1 Chemical Engineering Group, Faculty of Petroleum and Petrochemical Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, I.R. IRAN
2 Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Shahrood Branch, Shahrood, I.R. IRAN
Abstract
After the onset of the industrial revolution, the concentrations of greenhouse gases in the atmosphere increased rapidly. Global warming is caused by the emission of greenhouse gases. Carbon dioxide emissions are the most important cause of global warming. Now, there are several methods to remove carbon dioxide from gas streams. One of the proposed methods is the use of zeolites as the adsorbent which can separate CO2 using molecular sieve method. In this study, CO2 removal from Sabzevar Cement plant flue gas by Sabzevar zeolite was investigated.For this purpose, a laboratory - scale column was made and the effect of three factors including the size of zeolite, height-to-diameter ratio of the column (L/D), and gas inlet pressure were investigated in three levels using Taguchi method. ANOVA results showed that in the range of variables, the size of zeolite is the most important factor on the adsorption process. Also, L/D factor had a significant effect on the adsorption process. Under the obtained optimum conditions that involved the size of zeolite 2-2.36 mm, L/D 10.8,gas inlet pressure 90-98 kPa, about 80% of CO2 was removed from the flue-gas after 10 minutes and more than 60% of it was also removed after one hour by the zeolite column.
Keywords
Carbon dioxide
Sabzevar clinoptilolite
Taguchi method
Packed bed column, Flue gas

Subjects

[1] Angulo-Browna F., Sa´ nchez-Salasa N., Barranco-Jime´nez b M.A., Rosales M.A., Possible Future Scenarios for Atmospheric Concentration of Greenhouse Gases: A Simplified Thermodynamic Approach, Renew. Energ., 34(11): 2344–2352 (2009).
[2] Bani Shahabadi M., Yerushalmi L., Haghighat F., Impact of Process Design on Greenhouse Gas (GHG) Generation by Wastewater Treatment Plants, Water. Res.(IWA), 43(10): 2679-2687 (2009).
[3] Stangeland A., Amodel for the CO2 Capture Potential, Int. J. Greeenhouse Gas Control., 1(4): 418-429 (2007).
[4] سودمند اصلی، علیرضا؛ فاتحی‌فر، اسماعیل، بررسی روش­های مختلف جذب دی اکسیدکربن از گازهای خروجی نیروگاه‌ها، انتخاب روش بهینه جذب و طراحی واحدی برای تولید CO2 مورد نیاز صنایع نوشابه‌سازی، "نهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، ۵-3 آذرماه، دانشگاه علم و صنعت ایران (۱۳۸۳).
[5] Bae Y.S. ,Snurr R.Q., Development and Evaluation of Porous Materials for Carbon Dioxide Separation and Capture, Angew. Chem. Int, 50(49): 11586-11596 (2011).
[6] رضایی، فاطمه؛ صدرعاملی، سید مجتبی؛  توفیقی داریان، جعفر؛ مفرحی، مسعود، جداسازی مخلوط گازی
کربن دی‌اکسید و نیتروژن با روش جذب سطحی با تناوب فشار ـ خلا، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)32: 39 تا 45 (1392).
[9] Bonenfant D., Kharoune M. , Niquette P., Mimeault M., Hausler R., Advances in Principal Factors Influencing Carbon Dioxide Adsorption on Zeolites, Sci. Technol. Adv. Mater., 9(1):1-7 (2008).
[10] Ackley M.W., Rege S.U., Saxena H., Application of Natural Zeolites in the Purification and Separation of Gases, Microporous Mesoporous Mater., 61(1-3): 25-42 (2003).
[11] Morishige K., Adsorption and Separation of CO2/CH4 on Amorphous Silica Molecular Sieve, J. Phys. Chem, 115(19): 9713-9718 (2011).
[12] Saha D., Bao Z., Jia F., Deng S., Adsorption of CO2, CH4, N2O, and N2 on MOF-5, MOF-177 and Zeolite 5A, Environ. Sci. Technol., 44(5): 1820-1826 (2010).
[13] Krishna R., Van Baten J.M., Segregation Effects in Adsorption of CO2-Containing Mixtures and Their Consequences for Separation Selectivities in Cage-Type Zeolites, Sep.Purif. Technol., 61(3): 414–423 (2008).
[15] Davis M.E., lobo R.F., Zeolite and Molecular Sieve Systhesis, Chem.Mater., 4(4): 756-768 (1992).
[16] مرتضوی، سیدباقر؛ اصیلیان مهابادی، حسن؛ فقیه زاده، سقراط؛ سالم، محمد؛ کاظمیان، حسین؛ شاه طاهری، سیدجمال الدین، حذف آمونیاک از هوا به وسیله زئولیت‌های طبیعی اصلاح شده (کلینوپتیلولیت) ایران با استفاده از روش تبادل یون، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)22: 31 تا 38 (1382).
[17] قاسمی مبتکر، حسین؛ کاظمیان، حسین؛ زینالی دانالو، میرعلی­اصغر؛ ملکی نژاد، رضا؛ پاکزاد، سیدمحمدرضا؛ بررسی پارامترهای موثر بر فرایند جذب همزمان برخی از کاتیون های سنگین به­وسیله زئولیت‌های سنتزی  Aو Pتهیه شده از کلینوپتیلولیت طبیعی ایران، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)25: 87 تا 95 (1385).
[18] مختاری حسینی، زهرابیگم؛ شنوائی زارع، توکتم؛ صالح آبادی، خدیجه؛ حذف گازوئیل از لجن مخازن نگهداری گازوئیل توسط زئولیت طبیعی، "چهاردهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، 27-25 مهرماه ، دانشگاه صنعتی شریف، تهران (1391).
[19] Pulin A.L,Fomkin A.A., Thermodynamic of CO2 Adsorption on Zeolite NAX in Wide Interrals of Pressures and Temperatures, Russ. Chem. B+., 53: 1630-1634 (2004).
[20] Shao W., Zhang L., Li L.,  Lee R. L., Adsorption of CO2 and N2 on Synthesized NAY Zeolite at High Temperatures, J. Int. Adsorpt Soc., 15: 497-505 (2009).
[21] Luquot L., Andreani M., Gouze P., Camps P., CO2 Percolation Experiment Through Chlorite/Zeolite-Rich Sandstone (Pretty Hill Formation - Otway Basin–Australia), Chem. Geol., 294: 75-88 (2012).
[22] ایران نژاد، امیر؛ اشرف تالش، سید سیامک؛ فاطمی، شهره؛ عمرانی، پیمان؛ سالم، امین، بررسی و مقایسه زئولیت­ها و شبه زئولیت‌ها در فرآیند غشایی جهت جداسازی مولکول­های سبک(نیتروژن، متان، دی اکسید کربن)، نشریه مهندسی شیمی ایران، (8)45: 55 تا 71 (1388).
[24] واشقانی فراهانی، ابراهیم؛ ابراهیم نژاد، معصومه؛ پاک سرشت، سعید؛ رشیدی، علیمراد، امکان سنجی استفاده از جذب سطحی برای جداسازی نیتروژن از متان، نشریهشیمیو مهندسیشیمیایران، (1و2)21: 35 تا 48 (1381).
[23] Minh T.H., Guy W.A., Dianne E.W., Reducing the Cost of CO2 Capture from Flue Gases Using Pressure Swing Adsorption, Ind. Eng. Chem. Res., 47(14): 4883-4890 (2008).
[25] جوادی، سید محمد؛ مقیمان محمد، اندازه‌گیری آزمایشگاهی اثر افزایش دمای سوخت گاز طبیعی بر درخشندگی شعله و انتشار آلاینده NO در یک دیگ 120 کیلوواتی، مجله علمی- پژوهشیسوختواحتراق، (4)1: 73 تا 87 (1390).
[26] www.testo.com
[27] www.unitemp.com
[28] منصوری، نبی‌اله؛ مسعودی‌نژاد، محمدرضا؛ اصیلیان،حسن؛ مفرشی، آزاده، اثر پارامترهای مختلف بر توان جذبی زئولیت کلینوپتیلولیت برای حذف گاز دی‌اکسیدنیتروژن، فصلنامه علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی کرمانشاه،(3)14: 197 تا 205 (1389).
[29] Ertan A., Cakicioglu-ozkan F., Co2, N2 and Ar Adsorption on Acid (HCl, HNO3, H2SO4 and H3PO4) Treated Zeolites . J. Int. Adsorpt Soc., 11: 151-156 (2005).
[30] Murathan A., Biçer A., Alicilar A., Murathan A, Effects of Various Parameters on Removal of N2 Gases in Fix Beds by Adsorption on Sepiolite, Water Air Soil Pollut., 132(3-4): 365-372 (2010).
[31] Sen D., Kalipcilar H.,Yilmaz L., Development of Polycarbonate Based Zeolite 4A Filled Mixed Matrix Gas Separation Membrance, J. Membr. Sci., 303(1-2): 194-203 (2007).
[32] Zhou Z.H., Yang J.H., Chang L. F., Zhang Y., Sun W.G., Wang J.Q., Novel Preparation of NaA/Carbon Nanocomposite Thin Films with High Permeance for CO2/CH4 Separation, Chinese chem Lett., 18(4): 455-457 (2007).
[33] Yu L., Gong J., Zeng C., Zhang L., Synthesis of Binderless Zeolite X Microspheres and Their CO2 Adsorption Properties, Sep. Purif. Technol., 118(30): 188–195 (2013).
[34] Roy R., "Aprimer on the Taguchi method", Van Nostrand Reinhold, New York (1990).