24165

CHE.ENG2 335

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي - فرايند هاي جداسازي

فني و مهندسي

1403/07/29

205 ص

دكتر رضا حق بخش , دكتر امير گشادرو

حلال يوتكتيك عميق , هيدروژن سولفيد , گوگرد دي‌اكسيد , معادله حالت مكعبي/تجمعي , NRTL , UNIQUAC

گاز طبيعي به‌عنوان يك منبع انرژي بسيار باارزش، حاوي مقداري گاز اسيدي مانند هيدروژن سولفيد است. انتشار هيدروژن سولفيد در محيط مي‌تواند باعث بروز مشكلات بسياري مانند آسيب به محيط‌زيست و سلامت انسان‌ها شود. همچنين از سوختن هيدروژن سولفيد، گاز گوگرد دي‌اكسيد توليد مي‌شود. گوگرد دي‌اكسيد عامل اصلي بارش باران‌هاي اسيدي، بيماري‌هاي پوستي و غيره مي‌باشد؛ بنابراين يكي از مراحل مهم تصفيه گاز طبيعي در هر واحد پالايشگاهي، شيرين‌سازي گاز طبيعي است. براي جذب هيدروژن سولفيد از جريان گاز طبيعي از حلال‌هاي رايج پايه آميني استفاده مي‌شود. همچنين براي جذب گوگرد دي‌اكسيد از آمونياك و آهك به‌عنوان جاذب استفاده مي‌شود. ورود اين حلال‌ها و جاذب‌ها به طبيعت، باعث آسيب به محيط‌زيست مي‌شود؛ بنابراين نياز به حلال‌هاي دوست‌دار محيط‌زيست جايگزين براي اين حلال‌ها و جاذب‌ها به‌شدت احساس مي‌شود. حلال‌هاي سبز، به‌ويژه حلال‌هاي يوتكتيك عميق انتخاب مناسبي براي جايگزيني اين حلال‌ها هستند. بااين‌حال انجام مطالعات تجربي بر روي حلاليت گازهاي هيدروژن سولفيد و گوگرد دي‌اكسيد در حلال‌هاي يوتكتيك عميق بسيار خطرناك، زمان‌بر و گران است. در نتيجه ارائه مدل‌هاي ترموديناميكي جامع براي پيش‌بيني ميزان انحلال اين گازها در حلال‌هاي يوتكتيك عميق يك ضرورت است. در اين پژوهش از 9 مدل ترموديناميكي متفاوت و در رويكردهاي مختلف، براي مدل‌سازي جامع حلاليت هيدروژن سولفيد و گوگرد دي‌اكسيد در حلال‌هاي يوتكتيك عميق استفاده شده است. از ميان مدل‌هاي توسعه داده شده SRK-SRK، SRK-CPA(2B)، CPA(inert)-CPA(2B)، CPA(2B)-CPA(2B)، SRK-NRTL، CPA(2B)-NRTL، SRK-UNIQUAC ، CPA(2B)-UNIQUAC و RETM، مدل SRK-SRK با AARD% 13.42 براي حلاليت هيدروژن سولفيد و AARD% 24.01 براي حلاليت گوگرد دي‌اكسيد در حلال‌هاي يوتكتيك عميق، بالاترين دقت را در ميان مدل‌هاي رويكرد φ-φ دارند. در ميان مدل‌هاي رويكرد γ-φ ، SRK-NRTL با AARD% 11.64 براي حلاليت هيدروژن سولفيد در حلال‌هاي يوتكتيك عميق و مدل‌هاي CPA(2B)-UNIQUAC و SRK-UNIQUAC با AARD% 23.80 و 23.96 براي حلاليت گوگرد دي‌اكسيد، بالاترين دقت را دارند. از ميان همه مدل‌هاي مورداستفاده، مدل جذب شيميايي RETM با AARD% 11.21 براي حلاليت هيدروژن سولفيد و 12.95 براي حلاليت گوگرد دي‌اكسيد در حلال‌هاي يوتكتيك عميق بهترين عملكرد را در پيش‌بيني حلاليت دارند.

Deep eutectic solvent , Hydrogen sulfide , Sulfur dioxide , Cubic plus association , NRTL , UNIQUAC

Feasibility study for natural gas sweetening using deep eutectic solvents by thermodynamic modeling perspective

مهندسي شيمي

Natural gas, a valuable energy source, contains acid gases such as hydrogen sulfide. The release of hydrogen sulfide into the environment can cause many issues, such as environmental damage and human health. Also, sulfur dioxide is produced by burning hydrogen sulfide. Sulfur dioxide is the leading cause of acid rain, skin diseases, etc. Therefore, gas sweetening is crucial in natural gas purification in each refinery unit. Common amine-based solvents are used to absorb hydrogen sulfide from natural gas streams and ammonia and limestone are used as solvents and absorbers for capturing sulfur dioxide. The leakage and emission of these solvents and absorbents into nature causes damage to the environment. Therefore, there is a vital need for alternative environmentally friendly solvents for those harmful solvents. Green solvents, especially deep eutectic solvents, are a viable alternative to these solvents. However, conducting experimental studies on hydrogen sulfide and sulfur dioxide gas solubility in deep eutectic solvents is very dangerous, time-consuming, and costly. Thereupon, providing comprehensive thermodynamic models to predict the solubility of those gases in deep eutectic solvents is essential. In this research, nine different thermodynamic models including various physical and chemical approaches were utilized to comprehensively model the solubility of hydrogen sulfide and sulfur dioxide in deep eutectic solvents. Among the developed models such as SRK-SRK, SRK-CPA(2B), CPA (inert)-CPA(2B), CPA(2B)-CPA(2B), SRK-NRTL, CPA(2B)-NRTL, SRK-UNIQUAC, CPA(2B)-UNIQUAC and RETM, the SRK-SRK model has the highest accuracy among φ-φ approaches for hydrogen solubility in deep eutectic solvents with an AARD% of 13.42. It also has an AARD% of 24.01% for sulfur dioxide solubility in deep eutectic solvents. Among the γ-φ approaches models, the SRK-NRTL model with AARD% of 11.64 for hydrogen sulfide solubility in deep eutectic solvents and CPA(2B)-UNIQUAC and SRK-UNIQUAC models with AARD% of 23.80 and 23.96, respectively for sulfur dioxide solubility have the highest accuracy. Among all the investigated models, the chemisorption model of RETM with AARD% of 11.21 for hydrogen sulfide solubility and 12.95 for sulfur dioxide solubility in deep eutectic solvents has the best performance in estimating the solubility.

4