شبیه سازی جداسازی کربن دی اکسید به کمک غشاء در ACM و متلب

توضیحات

در صنعت عظیم پتروشیمی، طراحی های خلاقانه و روشهای توسعه فرآیند با هدف کاهش اندازه تجهیزات، مصرف کمتر مواد اولیه و انرژی و تولید پسماند حداقلی بایستی مد نظر قرار گیرند. هم چنین، در حال حاضر کشور ما و دنیا در برهه زمانی خاصی از لحاظ بهینه سازی فرآیندهای استفاده از منابع انرژی، پیشگیری از هدررفت این منابع و حفظ آن برای نسلهای آینده و تأمین منابع انرژی جدید مقرون به صرفه و پاک قراردارد. یکی از مؤثرترین روشها برای نیل به این اهداف، استفاده از فرآیندهای مدرن غشایی است. به طور معمول یکی از مرحله های پرهزینه در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، جداسازی است. فرآیندهای غشایی دارای مزیت های فراوانی نسبت به بسیاری از روش های مرسوم جداسازی (نظیر تقطیر، استخراج، جذب و جذب سطحی) میباشند.

در فرآیندهای غشایی هیچ گونه تغییر فازی، که معمولاً بسیار انرژی بر هستند، رخ نمیدهد، از جاذبهای گران قیمت استفاده نمیشود. همچنین لزوم استفاده از حلال هایی که کار کردن با آن ها آسان نیست وجود ندارد. این در حالی است که این فرآیندها بسیار فشرده بوده و به راحتی قابلیت افزایش مقیاس دارند، کاملاً خودکار بوده و دارای هیچ جزء متحرکی نمیباشند. در همین راستا و با توجه به اهمیت فرآیندهای جداسازی به روش های غشایی و نیاز مبرم کشور به استفاده از این فناوری به روز و راهبردی و هم چنین مشکلات موجود در زمینه تأمین این فناوریها از خارج از کشور، یکی از اهداف اصلی و بلندمدت، دست یابی به فناوریه ای ساخت انواع مختلف غشاها، فناوری های مربوط به مدول کردن این غشاها و توسعه فرآیندهای مختلف غشایی در کشور بوده و میباشد.

فناوری غشایی

امروزه فناوری غشایی به دلیل برخورداری از مزایای بسیار در مقایسه با دیگر فناوری های جداسازی، جایگاه ویژه ای در صنایع مختلف پیدا نموده است. کاربرد روزافزون این فناوری در صنایع مختلف بالاخص صنایع نفت، گاز و پتروشیمی دلیلی بر این مدعاست. با این که این فناوری در مقایسه با دیگر فناوری ها ازعمر کمتری برخوردار است، توانسته است حجم قابل توجهی از بازار را به خود اختصاص دهد و هر ساله با تکیه بر پیشرفت هایی که در توسعه و بهبود این فناوری انجام میپذیرد، سهم خود را در بازار مصرف افزایش دهد.

برای زدایش گازهای صنعتی از تجهیزاتی مانند برج های پر شده، برج های پاششی، تمیز کننده های اسکروبر و ستونهای حبابی استفاده میشود. در این تجهیزات با پراکنده کردن فاز گاز در یک فاز مایع، سطح تماس و در نتیجه نرخ انتقال جرم افزایش مییابد. اگرچه این روشها بسیار رایج هستند اما تخمین دقیقی از سطح انتقال جرم در آن ها وجود ندارد. به علت محدودیت های فرآیندی در سرعت مایع و گاز معمولاً برای جداسازی گازها از غشاهای پلیمری غیر متخلخل استفاده میشود. استفاده از غشاهای جامد برای زدایش گازها به علت پایین بودن ضریب جداسازی و تراوایی پایین دارای محدودیت میباشد. برای رفع این مشکل، غشاهایی با انتخاب پذیری بالا و مقاومت گرمایی بالاتر توسعه یافته اند. شکل زیر یک واحد جداسازی کربن دی اکسید از گاز طبیعی را نشان می دهد.

جداسازی کربن دی اکسید به کمک غشاء

اولین نظریه در مورد دی اکسید کربن واثرات زیست محیطی آن توسط تی.سی. چمبرلین در اواخر قرن 19 ارائه شد. بر اساس نظریه وی تغییر در حجم دی اکسید کربن اتمسفری در تغییرات وسیع آب وهوایی تأثیر بسزاییداشته وفعالیت های صنعتی مسئول اصلی افزایش حجم دی اکسید کربن در اتمسفر می باشند. مطالعات انجام 75 درصد از گازهای گلخانه ای را شامل می شده در کشور ما حاکی از آن است که دی اکسید کربن حدود 80شود.

از این رو دی اکسید کربن را می توان مهمترین گازگلخانه ای دانست و به همین دلیل دانشمندان وکارشناسان محیط زیست معتقدند در صورت ممانعت از انتشار دی اکسید کربن به جو زمین ، اثرات زیست محیطی گازهای گلخانه ای را می توان به مقدار قابل توجهی کاهش داد. جداسازیCO2 توسط غشاء در مقایسه با فرایندهای جذب و یا تقطیر ضمن برخورداری از عملیات آسانتر و هزینه کمتر نسبت به دیگر فرایندهای فیزیکیجداسازی ، از مصرف انرژی کمتری برخوردار بوده و جهت فرایندهای جداسازی در مقیاس های جداسازی کم تا متوسط مناسب می باشد. فرایند غشایی در میان تکنیک های موجود یک تکنولوژی نسبتاً جدید می باشد که به منظور جذبCO2 از گاز طبیعی مورد استفاده قرار گیرد.