پایان نامه با کلید واژگان آمين، دي، اکسيدکربن

مولکولي حلال کمتر باشد ميزان جذب بيشتر است.
3-2-بررسي معايب و مزاياي حلال هاي مورد استفاده در صنعت
در دهه 1930 براي اولين بار از آلكانول آمين‌ها براي شيرين‌سازي گاز استفاده شد و از آن زمان تا دهه1970، مونواتانول آمين بيشترين كاربرد را داشت ولي از دهه 1970، به علت معايبي كه مونواتانول آمين داشت مانند خوردگي و هدر رفت حلال، دي اتانول آمين جايگزين اين آمين شد. از اواسط دهه 1970 و بخصوص در دو دهه اخير متيل دي اتانول آمين به خاطر مزايايي مانند: توانايي جداسازي گزينش‌پذير سولفيد هيدروژن در حضور دي اكسيدكربن، پايداري بالا و مصرف انرژي پايين براي بازيافتن حلال، كاربرد وسيعي در صنايع نفت پيدا كرده است. محلول هاي آمين باز هاي آلي ضعيفي هستند.
آمين هاي نوع اول بازهاي قوي تر نسبت به آمين هاي نوع دوم و سوم بوده و تمايل بيشتري جهت واکنش با دي اکسيدکربن از خود نشان داده و پيوندهاي محکم تري با گازهاي اسيدي تشکيل ميدهند. از اين رو درجه واکنش پذيري آمين به طور مستقيم بر طراحي و عمليات برج جذب تاثير ميگذارد. به عنوان يک قانون کلي خاصيت قليايي و واکنش پذيري با دي اکسيدکربن در آمين نوع اول بيشتر از آمين نوع دوم و در آمين نوع دوم بيشتر از آمين نوع سوم است.
به هرحال عمليات احياء آمين نوع اول نسبت به آمين هاي ديگر به دليل پيوندهاي شيميايي محکم تر مشکل تر مي باشد.گرماي حاصل از واکنش بين گازهاي اسيدي با آمين هاي نوع اول حدود 25درصد بيش از آمين هاي نوع دوم بوده و ظرفيت جذب کمتري نسبت به آمين هاي نوع دوم دارا مي باشند. حلاليت ترکيبات هيدروکربني در آمين ها تابعي از ساختمان مولکولي آمين و غلظت آنها در محلول ميباشد. افزايش تعداد گروه هاي هيدروکسيل موجب افزايش حلاليت آمين در آب و کاهش حلاليت هيدروکربن ها در داخل محلول آمين مي شود. افزايش تعداد گروه هاي آليفاتيک موجب افزايش حلاليت هيدروکربن ها در آمين و کاهش حلاليت آمين در آب مي شود. گروه هاي هيدروکسيل و آليفاتيک تاثير مخالف هم در جذب هيدروکربن ها دارند]8[. به منظور شناخت بهتر فرآيندهاي آميني توضيح هر يک از آمين هاي مورد استفاده در اين نوع فرآيندها ضروري مي باشد که در اين قسمت به آن مي پردازيم.
3-2-1-مونواتانول آمين
مونواتانول آمين از معمول‌ترين آمين‌هايي است كه سالها است جهت جذب دي اکسيدکربن و هيدروژن سولفيد از گازهاي طبيعي و يا مخلوط گازها استفاده شده است. مونواتانول آمين به صورت محلول آبي با غلطت 20-10 % وزني مورد استفاده قرار مي گيرد. غلظت متداول در صنعت تاکنون 15% وزني با نقطه انجماد 4- درجه سانتيگراد مي باشد. مونواتانول آمين چون از آمين هاي نوع اول مي باشد لذا پيوندهاي قوي تري با دي اکسيدکربن تشکيل مي دهد. يعني در واکنش جذب شيميايي فعال تر عمل مي کند]14[.
بنابراين جهت جداکردن اين مواد از آمين و از بين بردن پيوندهاي آنها در ترکيب بايستي انرژي گرمايي بيشتري مصرف کرد. اين تركيب خصوصا براي تصفيه گازهايي حاوي مقادير جزئي از دي اکسيدکربن، هيدروژن سولفيد، فاقد تركيبات سولفيد كربونيل و دي سولفيد كربن بهترين حلال است. محلول مونواتانول آمين با ترکيبات گوگردي موجود در جريان گازي مانند سولفيد کربن و دي سولفيدکربن واکنش شيميايي داده و نمک هاي جامد مزاحم که خورنده هستند در سيستم توليد ميکند که باعث آسيب جدي به تجهيزات فرآيندي و لوله ها ميشوند. وزن مولكولي كم، ظرفيت جذب زياد، سرعت جذب بالاي دي اکسيدکربن، تمايل بسيار کم آن در جذب هيدروکربن ها، پايداري حرارتي بالا و سادگي احياء از مزاياي آن مي‌باشد. به دليل پايين تر بودن نقطه جوش مونواتانول آمين نسبت به آمين هاي ديگر ميزان فراريت و در نتيجه هدر روي فيزيکي و تبخير آن زياد ميباشد. اما جدي‌ترين مشكل استفاده از مونواتانول آمين واكنش برگشت‌ناپذير آن با COS و CS2 است. از اين جهت براي تصفيه گازهايي كه شامل اين دو جزء است استفاده نمي‌شود. به منظور كاهش دفعات چرخش مايع در سيستم مي‌توان از محلول‌هايي با قدرت بيشتر استفاده كرد اما غلظت بالاتر موجب افزايش دماي جوش در مرحله احياء و افزايش شدت خوردگي در فلزات معمول مي‌شود.
مونواتانول آمين نسبت به ديگر اتانول آمين‌ها خورنده‌تر مي‌باشد خصوصا اگر غلظت آمين بيش از 20 درصد وزني بوده و محلول‌ حاوي مقادير زيادي گازهاي اسيد ‌باشد. همچنين فشار بخار زياد مونواتانول آمين نسبت به انواع ديگر آمين‌ باعث افزايش اتلاف به واسطه تبخير بخشي از آن خصوصا در محيط‌هاي كم فشار مي‌شود. البته اين مشكل با شستشوي بخارات حاصل توسط آب قابل رفع است در مواردي كه محلول‌هاي با غلظت بيشتر مانند 5 نرمال مورد استفاده قرار گيرد، از موادي جهت جلوگيري از خوردگي در فرآيند استفاده مي‌شود. ميزان جذب مونواتانول آمين از نظر استوكيومتري معادل 5/0 مول گازهاي اسيدي به ازاي هر مول مونواتانول آمين است اما ميزان جذب توسط اين ماده در هر فرآيند به غلظت گازهاي اسيدي باقي مانده پس از عاري سازي آن بستگي دارد.
3-2-2-دي اتانول آمين
دي اتانول آمين مانند مونواتانول آمين يک آمين غير انتخابي است و هر دو گاز اسيدي هيدروژن سولفيد و دي اکسيدکربن را از سيستم حذف مي کند. دي اتانول آمين معمولا در محدوده 25 تا 35 درصد وزني مورد استفاده قرار مي گيرد. با قرار گرفتن در معرض اکسيژن، باعث توليد اسيدهاي خورنده مي کند. دي اتانول آمين قابل احياي شدن نيست چون تحت فشار اتمسفري در دماي کمتر از نقطه جوشش از بين ميرود و احيا کننده تحت خلاء قابل اطمينان نيست. چون دي اتانول آمين يك آلكانول آمين نوع دوم است تمايل كمتري به دي اکسيدکربن دارد و ممکن است براي جريان هاي گاز با فشار پايين قادر به توليد گاز با شرايط خط لوله نباشد]15[.
3-2-3-تري اتانول آمين
اگرچه محلول آبي تري اتانول آمين اولين فرآيند تجاري شيرين سازي آمين است ولي عمدتا توسط مونو اتانول آمين، دي اتانول آمين و گلايکول آمين جايگزين شد. آمين هاي نوع سوم تمايل کمتري به واکنش با دي اکسيدکربن دارند. به دليل مشکلات براي رساندن گاز به مشخصات خط لوله تري اتانول آمين خيلي کم براي شيرين سازي گاز مورد استفاده قرار مي گيرد]15[.
3-2-4-دي گلايکول آمين
دي گلايکول آمين از آمين هاي نوع اول مانند مونواتانول آمين است. دي گلايکول آمين معمولا به صورت 50 تا 70 درصد وزني در آب مورد استفاده قرار مي‌گيرد. دي گلايکول آمين داراي pH بالاتر نسبت به مونواتانول آمين مي‌باشد. دي گلايکول آمين نسبت به ديگر آمين ها مزايايي دارد اينکه غلظت هاي بالاتر دي گلايکول آمين در محلول باعث کاهش دبي گردشي و هم چنين کاهش نقطه انجماد مي گردد. نقطه انجماد محلول 50% وزني دي گلايکول آمين برابر 35- درجه سانتيگراد مي باشدکه به همين دليل اين فرآيند در مناطق سردسير کاربرد زيادتري دارد]15[.
3-2-5-متيل دي اتانول آمين
متيل دي اتانول آمين يک آمين نوع سوم ميباشد. شرايط عملياتي مورد قبول براي متيل دي اتانول آمين به محدوديت آمين هاي قبلي نيست، اين به دليل قابليت انعطاف متيل دي اتانول آمين و در نتيجه محدوده وسيعي از کاربرد مي باشد. متيل دي اتانول آمين معمولا در محدوده 20 تا 50 درصد وزني مورد استفاده قرار ميگيرد. قرار گرفتن متيل دي اتانول آمين در معرض اکسيژن باعث توليد اسيدهاي خورنده اي مي شود که اگر از سيستم خارج نشوند، ميتوانند توليد سولفيد آهن در سيستم نمايند.
متيل دي اتانول آمين داراي مزاياي متعددي نسبت به آمين هاي نوع اول و دوم است که عبارتند از فشار بخار پايين تر، گرماهاي واکنش كمتر ، مقاومت بالاتر در برابر تخريب و مسايل خوردگي كمتر مي‌باشد. در عمل بعضي از اين مزايا از اهميت بسزايي برخوردارند. مثلا به دليل گرماي واكنش پايين‌تر، متيل دي اتانول آمين مي‌تواند در واحدهاي نوسان فشار براي جذب دي اکسيدکربن مورد استفاده قرار گيرد. در يك واحد نوسان آمين غليظ در فشار اتمسفري يا نزديک آن، فقط تبخير ناگهاني مي‌شود و براي احياء به گرماي کم يا هيچ گرمايي نياز ندارد]14[.
3-2-6-دي ايزوپروپانول آمين
دي ايزوپروپانول آمين که يک آمين نوع دوم است فرآيند استفاده از آن از سال 1959 شروع و تاکنون حدود 150 واحد در جهان از اين فرآيند استفاده مي کنند. محلول آبي دي ايزوپروپانول آمين در غلظت هاي بين 25 تا 40 درصد مورد استفاده قرار ميگيرد. دي ايزوپروپانل آمين ماده واکنش دهنده در فرآيند سولفينول است. دي ايزوپروپانول آمين امکان رساندن گاز به شرايط خط لوله را داراست. ميزان جذب گاز CO2 در اين فرآيند ضعيف است به طوريکه در حالت مقايسه با فرآيند DEA و MEA ميزان جذب گاز CO2 توسط دي ايزوپروپانول آمين حدود نصف فرآيند DEA و يک ششم فرآيند MEA مي باشد. بنابراين فرآيند دي ايزوپروپانول آمين براي جذب بالاي CO2 موجود در جريان گازي نامناسب است]15[.
جدول 3-1 مقايسه حلال هاي شيميايي جهت جذب دي اکسيدکربن
حلال
خوردگي
ظرفيت جذب
ميزان تخريب
سرعت جذب
مونواتانول آمين
بالا
پايين
متوسط
بالا
دي اتانول آمين
بالا
پايين
متوسط
متوسط
متيل دي اتانول آمين
متوسط
متوسط
پايين
پايين
آمينو متيل پروپانول
متوسط
بالا
متوسط
پايين
فصل چهارم
4- مروري بر تحقيقات گذشته
مشکلات و صدماتي که دي اکسيدکربن به عنوان يک گاز اسيدي به محيط زيست و تجهيزات فرآيندي وارد مي کند موجب شده است که تحقيقات فراواني بر روي انتخاب حلال هاي مناسب دي اکسيدکربن صورت گيرد. شيرين سازي ابتدا با استفاده از آهک انجام مي شد. در سال 1910 انگليسي ها حذف گازهاي اسيدي را با کمک اکسيد آهن انجام دادند که در آن زمان روش نسبتا موفقي به حساب مي آمد. در سال 1920 شرکت کوپر روش نويني را با استفاده از کربنات پتاسيم مطرح کرد که موسوم به Seaboard بود و در واقع اولين روش تجاري در شيرين سازي گاز به شمار مي رفت. در دهه 1930 براي اولين بار از آلكانول آمين‌ها براي شيرين‌سازي گاز استفاده شد و از آن زمان تا دهه 1970، مونواتانول آمين بيشترين كاربرد را داشت]16[.
Hikta (1976) جذب دي اکسيدکربن را در محلول سديم هيدروکسيد و سديم کربنات بررسي کردند]17[.
Donaldson و Nguyen (1980) واکنش بين آمين هاي نوع سوم و دي اکسيدکربن را مورد بررسي قرار داده و نشان دادند که سرعت جذب آمين هاي نوع سوم از آمين هاي نوع اول و دوم کمتر مي باشد]18[.
Savage (1985) سرعت جذب دي اکسيدکربن با ترکيب دي اتانول آمين و دي ايزو پروپانول آمين را اندازه گيري نمودند]19[.
Ming Yin (1987) جذب دي اکسيدکربن را در محلول پتاسيم کربنات در حضور آمين ها مورد بررسي قرار داد و مشاهده نمود حضور آمين ها سرعت جذب دي اکسيدکربن توسط پتاسيم کربنات را افزايش مي دهد]20[.
Versteeg (1989) واکنش بين دي اکسيدکربن و دي اتانول آمين که آمين نوع دوم مي باشد را در دماي محيط بررسي نمود و مشاهده نمود آمين نوع دوم سرعت جذب کمتر از آمين نوع اول دارا مي باشد]21[.
Bosch (1990) از 2- آمينو2- متيل پروپانول که از خانواده آمين هاي ممانعت شده فضايي مي باشند براي جذب دي اکسيدکربن استفاده نمودند. پس از تحقيقاتي که آن ها بر روي اين نوع آمين ها انجام دادند متوجه گرديدند که اين آمين ها براي احياء به انرژي کمتري نياز داشته و سرعت جذب بالاتري نسبت به متيل دي اتانول آمين دارند]22[.
Cordi و Bullin (1992) سنتيک واکنش بين دي اکسيدکربن و متيل دي اتانول آمين را در حضور مقادير مختلفي از اسيد فسفريک بررسي کردند و دريافتند افزودن اسيد فسفريک منجر به سرعت جذب کمتر از آنچه براي متيل دي اتانول آمين

دیدگاهتان را بنویسید

Close Menu