جداسازی میعانات گاز با استفاده از فرایند غشایی



جداسازی میعانات گاز با استفاده از فرایند غشایی

نام و نام خانوادگی نویسنده

فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه 1
1-1 پیشینه تحقیق و اهمیت موضوع 1
فصل 2 مروری بر تحقیقات 2
2-1 مقدمه 2
2-2 واحدهای ترکیبی برای جداسازی گازها 4
2-3 برتری ها و معایب واحدهای آمین و غشاء 6
2-4 مکانیزم حلالیت نفوذ 8
2-5 مکانیزم جریانی 9
2-6 تست های تراوش گاز 10
2-7 انواع غشاء مورد استفاده در صنعت گاز و خواص هر یک از انها 11
2-7-1 غشاء زئولیتی 11
2-7-2 خواص غشاء زئولیتی در صنعت گاز 12
2-7-3 غشاهای سیلیکا 14
2-7-4 مدول غشایی الیاف توخالی 15
2-7-6 غشای فیبر کرین توخالی جهت جداسازی مخلوط گازهای 2CO/CH4 16
2-7-7 غشاهای کامپوزیت درختسان PAMAM 16
2-7-8 غشاء نانو کامپوزیت پلیمری 17
2-8 ﻋﻮﺍﻣﻞ ﻣﻮﺛﺮ ﺑﺮ ﻋﻤﻠﻜﺮﺩ ﺗﻤﺎﺱ ﺩﻫﻨﺪﻩ ﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻳﻲ 20
2-8-1 خیس شدگی غشا 20
2-8-2 اثر دما بر انتقال گاز 21
2-8-3 اثر فشار بر انتقال گاز 22
فصل 3 24
3-1 نتیجه گیری 24
3-2 پیشنهادات 25

فهرست جداول
جدول ‏1-2 پارامتر های اصلی موثر بر هزینه عملیاتی جداسازی CO2 بوسیله غشا 4
جدول ‏2-2 کقایسه پارامتر های کلیدی در دو واحد غشاء و امین 7
جدول ‏3-2 ضرایب عبور دهی غشاء های نانو کامپوزیت 18

فهرست اشکال
شکل ‏1-2 برش عرضی غشاء PDMA,PES 3
شکل ‏2-2 نمایی از مدول خوراک دهی غشا 3
شکل ‏3-2 شماتیک واحد ترکیبی برای دفع گاز های اسیدی از گاز طبیعی 6
شکل ‏4-2 پیکر بندی تک مرحله ای 8
شکل ‏5-2 طرح کلی دستگاه اندازه گیری تراوایی گاز 10
شکل ‏7-2 مقایسه عبور دهی گاز های نیتروژن و متان در PTMS خالص و نانو کامپوزیت های ان 19
شکل ‏8-2 انتخاب پذیری متان بر نیتروژن در PTMSP خالص و نانو کامپوزیت های ان 19
شکل ‏9-2 ضرایب عبور دهی گاز های CO2 ,CH4,N2 در PDMS خالص و نانو کامپوزیت های ان 20
شکل ‏10-2 انتخاب پذیری متان بر نیتروژن در PDMS خالص و نانو کامپوزیت های ان 20
شکل ‏11-2 الگوهای ارتباط فشار با تراوایی 23

چکیده
گاز طبیعی شامل ترکیباتی از قبیل ۲S ,CO۲H،2N می باشد.که در پالایشگاه ها همواره بدنبال حذف این گاز ها میباشند.که برای جداسازی انها از روش های مختلف فیزیکی،شیمیایی و ترکیبی از هر دو استفاده میشود.
ﺍﻣﺮﻭﺯﻩ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺩﺭ ﺑﺴﻴﺎﺭﻱ ﺍﺯ ﻓﺮﺍﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﻫﻤﭽﻮﻥ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ، ﺷﻴﺮﻳﻦ ﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯ ﻃﺒﻴﻌﻲ، ﺭﻃﻮﺑﺖ ﺯﺩﺍﻳﻲ ﻭ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻣﻲ ﺷﻮﻧﺪ. ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻳﻲ ﺑﺎ ﻣﺼﺮﻑ ﺍﻧﺮژﻱ ﭘﺎﻳﻴﻦ ﻭ ﻋﻤﻠﻴﺎﺕ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﺭﺍﺣﺖﺗﺮ، ﺍﻫﻤﻴﺖ ﭼﺸﻤﮕﻴﺮﻱ ﺩﺭ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺑﺎ ﺩﻳﮕﺮ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﺩﺍﺭﻧﺪ. ﺍﺧﺘﻼﻑ ﻓﺸﺎﺭ ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ ﻧﻴﺮﻭ ﻣﺤﺮﻛﻪ ﺩﺭ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﻣﺤﺴﻮﺏ ﻣﻲ ﺷﻮﺩ. ﺗﺮﺍﻭﺵ ﭘﺬﻳﺮﻱ ﻭ ﺍﻧﺘﺨﺎﺏﭘﺬﻳﺮﻱ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﺩﻭ ﺧﺎﺻﻴﺖ ﺍﺳﺎﺳﻲ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺑﺎ ﺩﻣﺎ ﻭ ﻓﺸﺎﺭ ﺩﺭ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ. ﺩﺭﺍﻳﻦ پایان نامهﻛﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎ، ﻣﺰﺍﻳﺎ ﻭ ﻣﻌﺎﻳﺐ برخی از ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺟﻬﺖ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺑﺮﺭﺳﻲ ﻣﻲﺷﻮﻧﺪ. ﺳﭙﺲ ﺑﻪ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﻓﺮﺍﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻳﻲ ﭘﺮﺩﺍﺧﺘﻪ ﻣﻲ ﺷﻮﺩ. ﺑﺮﺭﺳﻲ ﻧﻘﺎﻁ ﺿﻌﻒ ﻭ ﻗﻮﺕ ﺍﻳﻦ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎ ﻧﺸﺎﻥ ﺩﺍﺩه شده ﻛﻪ ﺑﻜﺎﺭﮔﻴﺮﻱ ﻫﺮ ﻛﺪﺍﻡ ﺍﺯ ﺁﻧﻬﺎ ﺑﻪ ﺗﻨﻬﺎﻳﻲ ﺑﺎﺯﺩﻫﻲ ﻻﺯﻡ ﺭﺍ ﻧﺪﺍﺭﺩ.
واژگان کلیدی فارسی: غشاء، غشاء پلیمری ، جداسازی گاز های ترش ، شیرین سازی گاز

فصل 1
مقدمه
1-1 پیشینه تحقیق و اهمیت موضوع
میلیون ها سال قبل، گاز طبیعی و نفت خام در اثر تجزیه و فاسد شدن گیاهان و اجساد حیوانات در ته دریاها و اقیانوس های قدیمی به وجود آمد. بخش اعظم این مواد ارگانیک در هوا تجزیه (اکسیده) و وارد جو شد؛ ولی بخشی دیگر قبل از تجزیه، مدفون یا وارد آب های راکد و فاقد اکسیژن شده و از اکسیده شدن آن ها جلوگیری به عمل آمد.
گاز طبیعی عمدتاً از متان (CH4) یعنی ساده ترین نوع هیدروکربن و هیدروکربن های پیچیده تر و سنگین تری چون اتان (C2H6)، پروپان (C3H8) و بوتان (C4H10) تشکیل شده است. در این میان گاز اتان برخی از میدان ها درصد قابل ملاحظه ای (تا حدود ۱۰٪ یا کمی بالاتر) را تشکیل می دهد. حال آنکه گازهای سنگین تر اجزای بسیار کوچکی را در ترکیب گاز طبیعی شامل می شوند همچنین ترکیباتی از قبیل ۲S ,CO۲H،2N نیز همراه گاز طبیعی یافت می شوند که درصد آن ها در مخازن مختلف و حتی در قسمت های مختلف از یک مخزن، با یکدیگر متفاوت است. همچنین آب نیز همیشه با گاز طبیعی استخراج شده از مخازن همراه است که در پالایشگاه ها در بخشی به نام واحد نم زدائی، آب و ترکیب های مزاحم که سبب پایین آوردن ارزش حرارتی گاز شده و همچنین مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز به وجود می آورند، از گاز طبیعی تفکیک می شوند و پس از آن، گاز به خطوط انتقال و در نهایت به مصرف کنندگان تحویل می شود.

فصل 2
مروری بر تحقیقات
2-1 مقدمه
جداسازی مخلوط های گازی توسط غشاء در دهه های اخیر، از آزمایشگاه ها به صنایع رسیده و نقش مهمی در جایگزینی روش های سنتی و مرسوم ایفا می کند. اغلب غشاهای بکار رفته پلیمری و آلی هستند و گزینش پذیری قابل قبولی را فراهم می کنند. از غشاهای غیر آلی می توان به آلیاژهای پالادیوم، سرامیکی و زئولیت ها اشاره کرد. آلیاژ پالادیوم چند سالی است که در مقیاس صنعتی برای تولید هیدروژن با خلوص بالا استفاده می شود[1].
مفهوم جداسازی گازها با استفاده از غشاهای پلیمری به ۱۷۵ سال پیش برمی گردد. اولین موضوعات در رابطه با غشاهای پلیمری توسط افرادی چون میشل و گراهام در سال های ۱۸۳۲ ، ۱۸۳۰ و ۱۸۶۶ منتشر شد. میشل مشاهده کرد که بالوتهای لاستیکی که با هیدرون پرشده اند با گذشت زمان خالی می شوند. او به این نتیجه رسید که این پدیده با نفوذ گاز در میان دیواره بالون در ارتباط می باشد. گراهام آزمایش های میشل را با فیلم های لاستیکی تکرار نمود و متغیرهای موثر در سرعت تغوذ گاز در میان این فیلم ها را گزارش داد. البته در سال ۱۹۸۰ اولین سیستم غشاهای پلیمری برای جداسازی گاز ساخته شد. جداسازی گاز توسط غشاها به دلیل عملیات آسان، واحدهای کوچک، هزینه انرژی پایین و قابلیت گذردهی بالا نسبت به دیگر روشهای جداسازی از اهمیت ویژه ای برخوردار است [5-2] .

شکل ‏2-1 برش عرضی غشاء PDMA,PES[6]

شکل ‏2-2 نمایی از مدول خوراک دهی غشا [7]

ولی استفاده گسترده از غشاها بدلیل محدودیت ومشکل در تهیه غشاهایی با ترکیب مناسب از خواص انتخاب پذیری بالا وعبوردهی بالا، محدود شده است. متاسفانه در مواد پلیمری رایج در تهیه غشاها، با افزایش انتخاب پذیری، عبور دهی کاهش می یابد ویر عکس. نیاز به غشاهایی با مجموعه خواص مطلوب شامل شار عبوری بالا، انتخاب پذیری بالا و پایداری شیمیایی، مکانیکی و حرارتی مناسب، محققین را به سمت توسعه غشاهای هیبریدی نانوکامپوزیتی شامل مواد معدنی پخش شده در ماتریس پلیمری سوق داده است. " در دهه 1990 با افزودن زئولیتهای با انتخاب پذیری بالا سعی در بهبود کارایی غشاها شده است. غشاهای هیبریدی شامل ذرات زئولیت معدنی متخلخل پخش شده در یک ماتریس پلیمری را غشاهای ماتریس مختلط (mixed matrix) نیز نامیده اند. علیرغم فعالیتهای گسترده تحقیقاتی ، توسعه تجاری و بکارگیری صنعتی غشاهای ماتریس مختلط بدلیل برخی محدودیتها در عمل با مشکل مواجه شده است [12-8].

جدول ‏2-1 پارامتر های اصلی موثر بر هزینه عملیاتی جداسازی CO2 بوسیله غشا[13و14]

2-2 واحدهای ترکیبی برای جداسازی گازها
یکی از مهمترین فرآیندهای جداسازی در صنعت، شیرین سازی گاز طبیعی یعنی دفع گازهای اسیدی از گاز طبیعی می باشد. این فرآیند به روش های سنتی از طریق جذب این گازها در حلال های مختلف انجام میشود که به فرآیند جذب آمین معروف است. فرآیندهای جذب گاز توسط حلال در حال حاضر حدود ۷۰% از روش های به کار گرفته شده در فرآیند تصفیه گاز را شامل می شوند. دفع CO2 و H2S بوسیله محلول های فیزیکی همانند فرآیندهای پریسول به وسیله یک واکنش شیمیایی برگشت پذیر با یک حلال مناسب مانند آلکانول آمینها انجام می شود. عوامل تعیین کننده هزینه برای فرآیند جذب گاز، مقدار بخار موردنیاز برای احیاء حلال و اندازه برج های جذب و دفع می باشند.
علیرغم پیشرفتهای حاصل شده در زمینه توسعه حلال های مناسب تر برای دفع گازهای اسیدی و طراحی فرآیند و یکپارچگی حرارتی فرآیندهای جذب گاز با محدودیت های زیادی روبرو می باشند که اهم آنها عبارتند از:
1. از نظر انرژی بسیار پرمصرف هستند، مخصوصا هنگامی که جریان گاز طبیعی دارای مقادیر زیادی CO2 و H2S باشد.
2. این فرآیندها برای جریان های کم گاز پرهزینه می باشند. – برای کاربردهای دور از ساحل به دلیل وزن و اندازه تجهیزات فرآیندی موردنیاز مناسب نمی باشند.
3. با این حال فرآیندهای جذب گاز می توانند مقادیر CO2 و H2S موجود در جریان گاز را به مشخصه های مورد نیاز برای خطوط لوله (کمتر از ۲% حجمی برای CO2 و کمتر از ۴ppm برای H2S) برسانند.
از طرف دیگر فرآیندهای جداسازی غشائی از مزایایی مانند سادگی در افزایش مقیاس، راندمان وزنی و مکانی مناسب، انعطاف پذیری قابل قبول برای کار کردن با جریان هایی که ترکیب و مقدار آنها در حال تغییر می باشد و مصرف انرژی پایین برخوردار هستند. همچنین فرآیندهای غشائی معمولا در دمای محیط کار می کنند. بنابراین در آنها اتلاف انرژی که معمولا در مبدلهای حرارتی رخ می دهد وجود ندارد و از نظر زیست محیطی بسیار ایمن هستند. با توجه به موارد اشاره شده پیش بینی می شود بکارگیری یک فرآیند ترکیبی برای دفع گازهای اسیدی از گاز طبیعی می تواند مزایای فرآیندهای غشائی و جذب آمین را به طور همزمان در بر داشته باشد و محدودیت های موجود در هر یک از دو فرآیند را کاهش دهد. در فرآیند ترکیبی، غشاها برای حذف عمده CO2 به کار می روند که این امر سبب کاهش مقدار حلال موردنیاز برای حذف گاز در مرحله بعد می شود. واحد جذب گاز نیز می تواند مقدار CO2 و H2S را به غلظت مورد نیاز در خطوط لوله برساند و همچنین تلفات متان را کاهش دهد. راندمان های بالاتر می تواند به وسیله انتخاب مناسب پیکربندی های فرآیندی و بهینه سازی متغیرهای عملیاتی حاصل شود [۱۵ و ۱۴]. شماتیکی از فرآیند ترکیبی در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل ‏2-3 شماتیک واحد ترکیبی برای دفع گاز های اسیدی از گاز طبیعی[15]

2-3 برتری ها و معایب واحدهای آمین و غشاء
نخست باید متذکر شد که استفاده از غشاءها به میزان جریانهای گاز طبیعی کم و یا جریانهای گاز همراه با محتوای CO2 خیلی بالا ، همانند گاز استحصال شده از نفت به روش ازدیاد برداشت با تزریق CO2 ، محدود می شود. در جدول نگاهی به چند مورد کلیدی در مقایسه بین دو تکنولوژی آمین و غشاء دارد. بازیافت هیدروکربن ها مطلب مهمی در این واحدهاست . واحدهای آمین مقداری از هیدروکربن های گاز خوراکی را از دست می دهند که این اتلاف در حدود ۱٪ از گاز خوراک می باشد. متناسب با شرایط فرآورش ، اتلاف هیدروکربن ها می تواند از ۲ تا ۱۰٪ (و یا بیشتر) از گاز خوراک ورودی به سیستم های غشائی تک مرحله ای باشد . اتلاف بیشتر هیدروکربن ها در جریان نفوذ کننده می تواند یک مزیت باشد زیرا که این جریان می تواند به عنوان گاز سوختی مصرف شود و یا متراکم شده و به توربین برای تولید برق فرستاده شود . وجود هیدروژن سولفاید نکته دیگری است که می بایستی در نظر گرفته شود . از آنجا که نفوذپذیری گاز H2S مشابه با CO2 است ، هردو گاز با نسبت تقریبا یکسانی از گاز خوراکی به جریان خروجی ، نفوذ خواهند کرد. برای جریانی از گاز همراه با مقادیر ناچیزی از H2S، یک سیستم غشائی می تواند گازی با حدود ppm۴ حجمی از H2S جهت جلوگیری از خوردگی خطوط لوله تولید نماید. چنانچه غلظت H2S در گاز خوراکی تا ppm۱۰۰ حجمی بالا رود، غلظت آن در جریان گاز تولیدی ممکن است به ppm۱۰ – ۳۰ حجمی متناسب با حضور CO2 در گاز خوراک و مقدار CO2 در گاز نفوذ کننده افزایش یابد . می توان از واحدهای آمین برای رساندن غلظت گاز H2S به مشخصات خطوط لوله در مواقعی که غلظت بالایی از آن در گاز خوراکی وجود دارد، استفاده نمود. عملیات غشاءها به مراتب آسانتر از واحدهای آمین بوده و کارهای عملیاتی و تعمیراتی کمتری برای اداره یک سیستم غشائی موردنیاز است. زمانی که بحث در خصوص هزینه عملیاتی باشد، زمان عمر غشاءها می بایستی در نظر گرفته شود. آلوده گرها ، بازدهی جداسازی را کاهش داده و سبب از بین رفتن سطح غشاء می گردند .
جدول ‏2-2 کقایسه پارامتر های کلیدی در دو واحد غشاء و امین [16]

به سیستم های پیوسته حلال مقایسه زمانی که تعویض دورهای عناصر غشاء ، با حلال جبرانی ورود می شود ، آشکار می گردد که غشاء ها هزینه پایین تری نسبت به مصرف حلال جبرانی داشته ، علاوه بر آن سیستم های غشاء هزینه کارگری کمتری دارند . هزینه نگهداری و تعمیر زمانی که یک واحد تک مرحله ای غشائی با واحدهای آمین مقایسه می شود کمتر است .

شکل ‏2-4پیکر بندی تک مرحله ای [16]

2-4 مکانیزم حلالیت نفوذ
در جداسازی گازها توسط غشاهای پلیمری غیر متخلخل و غشاهای مایع مکانیزم حلالیت نفوذ حاکم می باشد. جداسازی در فرآیندهایی مانند اسمز معکوس، نفوذ-تبخیر1 و جداسازی گازها توسط غشاهای متراکمی که فضای خالی است در این مکانیزم A05 است در این مکانیزم طبقه بندی می شوند. این اندازه در محدوده ی حرکت و لرزش های مولکولی است و فضاهای خالی در یک جای ثابت قرار ندارند. بر اساس این مکانیزم ذره ها ابتدا از لایه مرزی تشکیل شده بر روی سطح غشاء به سمت غشاء نفوذ کرده سپس عمل جذب اتفاق افتاده و بعد از نفوذ، از سمت دیگر غشاء جدا می شوند. نکته قابل توجهی که در این مدل وجود دارد این است که عمل جداسازی به دو علت، یعنی تفاوت در حلالیت و تفاوت در نفوذپذیری صورت می پذیرد. بنابراین می توان اجزایی را که از نظر اندازه یکسان هستند ولی حلالیت متفاوتی دارند توسط این غشاها از هم جدا نمود. برای افزایش شار انتقال جرم در صنعت از غشاهای ناهمگن معمولا که شامل یک لایه بسیار نازک متراکم بر روی یک لایه متخلخل است استفاده می کنند. لایه ی متخلخل بیشتر به منظور افزایش مقاومت مکانیکی غشاء استفاده می شود. باید توجه شود که در مورد غشاهای مایع ساکن2 (ILM) درون حفرات غشاء را پر می کند، مکانیزم مشابهی حاکم است اما حلالیت و نفوذ اجزای گاز در فاز مایع اتفاق می افتد و غشاء به عنوان نگه دارنده می باشد. در حالیکه در مقالات منظور از مکانیزم حلالیت-نفوذ بیشتر مکانیزم انتقال جرم در غشاهای متراکم و غیر متخلخل می باشد. با توجه به دو مرحله ی حلالیت و نفوذ گاز در پلیمر و تلفیق دو بیان کرد. گاز را با رابطه قانون هنری و فیک میتوان جز i گاز را بیان کرد.

(1)
در این رابطهJi شار حجمی گاز بوده که با توجه به حجم استاندارد گاز (STP3) بیان می شود. D و K نیز ضریب نفوذ جز i می باشد [17].
2-5 مکانیزم جریانی
در مکانیزم جریانی به غشاهایی با اندازه حفرات بزرگتر از ۱۰A0 پرداخته می شود. فرآیندهایی که به عنوان میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و جداسازی گازها با جریان نادستی طبقه بندی می شوند را می توان توسط این مکانیزم بیان کرد. لازم به ذکر است که بین دو مکانیزم ذکر شده مرز مشخصی وجود ندارد. غشاهایی با اندازه حفرات برین A5 – ۱۰ به عنوان حد واسط به حساب آمده و نمی توان آنها را بطور قطع توسط یکی از مکانیزم ها مدل کرد. به عنوان مثال می توان به نانوفیلتراسیون در این مورد اشاره کرد. مکانیزم جریانی که به نفوذ گاز از غشاهای متخلخل می پردازد، خود به مکانیزم های مختلفی تقسیم می شود. پارامتر اصلی که مکانیزم انتقال را معین می سازد عدد نادسن، Kn است.
(2)
λ به مسیر پویش آزاد مولکول در شرایط آزمایش و d قطر حفره (اندازه مشخصه) می باشد. در دمای Tو فشار P مقدار A را می توان از رابطه ۳ یافت [18].
(3)
که ثابت بولتزمن و قطر برخورد مولکول i میباشد. اگر باشد جریان تودهای حاکم بوده، به این معنی که برخورد مولکولها با جداره حفرات نسبت به برخورد مولکولها با یکدیگر قابل چشم پوشی بوده و فرض پیوستگی صادق خواهد بود.
2-6 تست های تراوش گاز
تراوایی گازهای دی اکسید کربن و نیتروژن از غشاهای ساخته شده به کمک دستگاه نشان داده شده در شکل اندازه گیری شدند. غشاها در سلول نگهدارنده غشا که از جنس فولاد ضد زنگ است قرار می گیرند. گاز خروجی کپسول پس از عبور از تنظیم کننده فشار وارد محفظه سلول نگهدارنده غشا شده و از غشا عبور می نماید و در نهایت مقدار جریان عبوری از غشا به وسیله جریان سنج بدست می آید[19]. ………………… ………..
شکل ‏2-5 طرح کلی دستگاه اندازه گیری تراوایی گاز [19]

2-7 انواع غشاء مورد استفاده در صنعت گاز و خواص هر یک از انها
توسعه فرایندهای غشایی برای جداسازی مخلوط گازها در خلال دو دهه اخیر رشد چشمگیری داشته است.در قرن جاری ،سیستم های غشایی بیش از 4000 میلیون متر مکعب گاز را در سال فراورش می کنند .برای توسعه بازارهای این تکنولوژی،تقاضاهای زیادی برای ساخت غشاهای با انتخابگری بالاتر،پایداری حرارتی و شیمیایی بیشتر از غشاهای موجود که اغلب پلیمری هستند ،وجود دارد .در سال های اخیر غشاهای غیر آلی مورد توجه زیادی قرار گرفته اند و تحقیقات زیادی به منظور بهبود کارایی آنها برای جداسازی گازها صورت گرفته است.در حال حاضر تعداد زیادی شرکت اروپایی ، آمریکایی و ژاپنی برای تولید غشاهای غیر آلی ،با یکدیگر در حال رقابت هستند[20].
2-7-1 غشاء زئولیتی
غشاهای زئولیتی به عنوان یکی از مهمترین زیر مجموعه های غشاهای غیر آلی از نوع غشاهای متخلخل می باشند که بر روی پایه های آلومینای α و یا ،استیل متخلخل،زیرکونیای، مولیت و… تهیه می شود.
خواص جذاب زئولیتها از قبیل اندازه منظم حفرات با ابعاد مولکولی،پایداری حرارتی بالا،خواص اسیدی یا بازی و تعویض یون، توانایی حذف آلومنیوم در ساختمان و جذب دوباره آن ،امکان جایگذاری فلزات کاتالیستی فعال درون حفرات زئولیت و خواص غربال مولکولی آنها باعث شده است که غشاهای زئولیتی برای کاربردهای جداسازی و همچنین واکنشهای شیمیای بطور گسترده ای استفاده شوند. اما تولید این غشاها دارای مشکلاتی است و باید تحقیقاتی جهت توسعه این فناوری انجام شود[21].
در سراسر جهان علاقمندی زیادی به غشاهای زئولیتی وجود دارد. اولین کاربرد صنعتی غشا زئولیتی در آبگیری از اتانول بوسیله غشا زئولیتی LTA میتواند گویای پیشرفت در این زمینه باشد.پیشرفتهای قابل توجهی در ساخت و ارزیابی غشاهای زئولیتی در طی چند سال اخیر باعث به تحریک در آوردن چندین پروژه تحقیق و توسعه صنعتی در جداسازی بوسیله غشا شده است. بالاتر از افق جداسازی ،مفاهیم متعددی مانند زئولیت (میکرو) راکتور نگاهی امید بخش به تشدید روند پیشرفتهای غشاهای زئولیتی می دهد[22].
2-7-2 خواص غشاء زئولیتی در صنعت گاز
1) جداسازی و بازیافت هیدروژن
گاز هیدروژن در بسیاری از فرایندهای پالایش نفت خام از جمله در فرایندهای شکست برش های نفتی سنگین و دستیابی به برش های با ارزش افزوده بیشتر قرار می گیرد.همچنین این گاز ، خوراک برخی از فرایندهای پتروشیمی نظیر تولید آمونیاک می باشد.برخی دیگر از فرایندهای پتروشیمی از مخلوط این گاز با مونوکسیدکربن (گاز سنتز) برای سنتز مواد شیمیایی استفاده می کنند.
در این فرایند معمولا از جریان اضافی هیدروژن استفاده و این امر باعث می گردد تا جریان خروجی از راکتورها حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای از هیدروژن باشد. بسیاری از پالایشگاه ها ، این جریان گازی تنها به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.در حالیکه در صورت بازیافت هیدروژن از جریان ها ، امکان صرفه جویی بسیاری در میزان مصرف این ماده فراهم می شود.
در فرایندهایی که در آنها از گاز سنتز به عنوان خوراک استفاده می شود، نسبت هیدروژن به منواکسید کربن اهمیت زیادی دارد زیرا هر یک از این فرایندها به نسبت معینی از این دو گاز نیاز دارند. لذا باید این امکان وجود داشته باشد تا بتوان با خارج نمودن بخشی از هیدروژن از گاز سنتز ، به نسبت دلخواه از این دو گاز دست یافت.
در این مورد نیز فرایندهای غشایی قابل استفاده می باشند زیرا اغلب غشاها میزان تراوش پذیری بسیار بالایی برای گاز هیدروژن دارند و این به علت حجم کم مولکولی این گاز است. البته در این مورد جداسازی فرایندهای سرمایش و جذب گازی نیز با فرایند غشایی رقابت دارند و در هر مورد مطالعاتی ، باید مناسب ترین فرایند به منظور جداسازی هیدروژن با اجرای بررسی فنی و اقتصادی شناسایی شود[22].
2) جداسازی هوا
در حال حاضر بیشترین بازار فرایند غشایی جداسازی گازها را همین کاربرد به خود اختصاص داده است. در این فرایند، هوای فشرده پس از تصفیه مقدماتی به منظور حذف ذرات جامد و مایع معلق در آن ، وارد مدول غشایی می گردد. بخار آب ، دی اکسید کربن ، اکسیژن و البته بخشی از نیتروژن از غشا عبور می کنند .جزء باقیمانده ، گاز نیتروژن با خلوص بالا و تحت فشار است که کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف دارد و عمدتا از آن به عنوان گاز بی اثر استفاده می شود.با استفاده از سیستم های غشایی می توان به خلوصی تا9/99% نیتروژن دست یافت.جزء عبور یافته از غشا نیز هوای غنی از اکسیژن است که می توان در فرایندهای هوادهی در تصفیه پساب یا در مشعل کوره ها و… جایگزین هوای معمولی گردد و راندمان این فرایندها را افزایش دهد.
تولید نیتروژن خالص از هوا توسط فرایندهای دیگری از جمله PSA وCryogenic امکان پذیر می باشد. انتخاب فرایند مناسب برای تولید نیتروژن ، عمدتا بستگی به میزان خلوص نیتروژن و میزان شدت جریان مورد نیاز آن دارد. معمولا فرایند غشایی هنگامی از نظر اقتصادی نسبت به رقبای خود برتری دارد که میزان شدت جریان و خلوص مورد نیاز نیتروژن پایین باشد[22].
3) شیرین سازی گاز ترش
اغلب گازهای طبیعی شامل ناخالصی هایی مانند دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می باشند که این آلودگی ها باید قبل از تحویل گاز طبیعی به خطوط لوله حذف شوند و تا مقدار استاندارد کاهش یابند (کمتر از 2% مولی برای دی اکسید کربن و کمتر از ppm 4 برای سولفید هیدروژن). دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن هر دو باعث خوردگی خطوط لوله می شوند و همچنین سولفید هیدروژن یک گاز سمی می باشد .به علاوه وجود این دو در ترکیب گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی گاز و در نتیجه تلف شدن ظرفیت خطوط لوله می شود.
از اینرو برای رشد بازار این فناوری ، غشاهایی با گزینش پذیری بالاتر و بدون تلفات محصول مورد نیاز می باشند. غشاهای موجود می توانند ناخالصی های گاز طبیعی را تا حد خوبی کاهش دهند و آنها را به کمتر از 2% مولی از دی اکسید کربن وppm 4 از سولفید هیدروژن در غشاهای برسانند.این امر به علت تراوش پذیری بیشتر دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن در غشاها نسبت به متان می باشد.از مزایای استفاده از غشاها، سرمایه گذاری اندک و امکان استفاده از آنها در تاسیسات بالادستی می باشد که امکان وقوع خوردگی در لوله های انتقال به بخش تصفیه مرکزی را حذف می کند و ایمنی خطوط لوله را بالا می برد. سیستم غشایی ، کوچک و فشرده می باشد و فضایی حدود 15% فضای واحدهای جذب آمین ( یکی از فرایند هایی در حال حاضر برای شیرین سازی گاز از آن استفاده می شود) اشغال می کنند. و از اینرو، مناسب مناطق دور دست و سکوهای دریایی می باشند[22].

4) جداسازی هیدروکربنها از گازهای طبیعی
بیشتر انواع گازهای طبیعی را می بایست به منظور کاهش هیدروکربن های سنگین تر از پروپان(C3+) فراورش کرد تا از میعان آنها در نقاط سرد جلوگیری شود. در فناوری های حاضر ، گاز فشرده می شود و پس از خشک شدن توسط گلایکول ، تا 20- سرد می گردد. برای این منظور از یک واحد سردسازی پروپان استفاده می شود. فرایندهای بر مبنای غشا جایگزینی مناسب برای جدا کردن هیدرو کربنها از جریان گازها می باشد. غشا قادر به جداسازی هیدروکربنها از متان با انتخاب پذیری بالا حتی در غلظت های پایین هیدروکربنها در گاز طبیعی می باشد.این جداسازی بوسیله سرعت جذب هیدروکربنها ی مختلف در مخلوط کنترل می شود. غشای زئولیتی به جداسازی هیدروکربنها از گاز متان با گزینش پذیری بالایی هستند حتی اگر این هیدروکربنها بسیار پایین باشد جداسازی با جذب گزینش پذیر بین اجزاء در غلظتهای مختلف انجام می شود[22].
2-7-3 غشاهای سیلیکا
سیلیکا به دلیل داشتن ویژگی هایی مانند کنترل پذیری ساختار آن با تغییر در روش و شرایط آماده سازی ماده مستعدی برای ساخت غشاها هست. معمولا این غشاها با استفاده از نشست یک لایه نازک بر روی یک پایه متخلخل به روش سل- ژل (به دلیل کنترل مناسب توزیع اندازه حفره ها و کیفیت مناسب پوشش تشکیل شده بر روی سطح)، نشست شیمیایی بخار و با تجزیه حرارتی تهیه می شوند. بخش پایه عمدتا ضخامت بالاتر، حفره های بزرگتر، پایداری فیزیکی بالاتر، مقاومت کمتر در برابر انتقال جرم و مقاومت بیشتر در برابر عوامل شیمیایی دارد. فیلم تازک به دلیل داشتن ضخامت کمتر، گزینش پذیری بیشتر و مقاومت بالاتر در برابر انتقال جرم در عمل فرآیند جداسازی را انجام می دهد[۲3].
2-7-4 مدول غشایی الیاف توخالی
توسعه مدول غشایی الیاف توخالی برای جداسازی آلاینده های فرار مختلف مناسب میباشد که در مقایسه با روش های متعارف دیگر مزایای زیادی بشرح زیر دارد[24]:
1) بالا بودن سطح ویژه تماس دهنده غشایی و درنتیجه کاهش حجم واحد
2) کاهش میزان مصرف حلال و درنتیجه کاهش هزینه انرژی سیستم
3) عدم تغییر سطح تماس ایجاد شده بین دو فاز در تماس دهنده های غشایی در شدت جریانهای زیاد یا کم
4) بازده بالای تماس دهنده های غشایی نسبت به تماس دهنده های مرسوم دیگر
گزینه مهم دیگر در عملکرد مدول غشایی انتخاب حلال مناسب است که یکی از عوامل مهم جهت جلوگیری از خیس شدن غشا می باشد. بنابراین انتخاب مناسب غشا و حلال مهم ترین عوامل در راهبری سیستم تماس دهنده غشایی و جلوگیری از خیس شدن غشا میباشد. فرآیند انتقال جرم در مدول غشایی شامل انتقال گاز از بالک گاز به سطح غشاء انتقال گاز از طریق منافذ غشا به سطح مایع و انتقال گاز از سطح مایع به بالک مایع است [24].
2-7-5 غشاء کامپوزیت سیلیکا- پلی آمید
پوشش داده شده در لوله متخلخل از ویژگی های موثر برای تشکیل غشاء کامپوزیت صاف کردن سطح بستر و هیبریداسیون سیلیکاو اسید Polyamic است. اسیدPolyamicیا تراکم از دست دادن آب (دی هیدراسیون) از PMDA و ODA و مخلوط شدن با سلسیلیس در نسبتهای مختلف سنتز شده است. هر سل ترکیبی در یک لوله متخلخل شده یا Y آلومینا پوشش داده شده است. توسط imidizationدر ۳۵۰ درجه سانتی گراد، غشاء نازک بدون نقص کامپوزیت سیلیس پلی آمید تشکیل شده است. غشای میکرو کامپوزیت در نتیجه نشان دادن فود پذیری بالا،حفظ نفوذگزینی بالایه غشاء پلی آمید ذاتی است[25].

2-7-6 غشای فیبر کرین توخالی جهت جداسازی مخلوط گازهای 2CO/CH4
در سالهای اخیر بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر تبدیل شده است. نمونه بیوگاز به طور عمده شامل ۶۰ درصد حجمی 4CH و ۴۰ درصد حجمی CO2 است. لذا اثرات جداسازی CO2/ 4CH برای فرآورش بیوگاز ضروری است. نمونه غشای کرینی SPPO4 که توزیع اندازه منافذ تیز در رنج 4/0 – 0.35 نانومتر قرار دارد برای جداسازی مخلوط /CO2 4CH استفاده شده است و بالاترین گزینش و جداسازی ایده آل را در مخلوط CO2 / CH4 نشان داده است و همچنین نتیجه ای که از مطالعه پارامترهایی مانند اثرات دمای نفوذ، فشار کل خوراک و غلظت CO2در خوراک بر روی عملکرد غشای موردنظر حاصل شده است این است .که با افزایش دمای تقود، فشار خوراک و غلظت CO2 در خوراک کمی کاهش می یابد بنابراین تغییر دمای نفوذ با تغییر فشار و غلظت رابطه معکوس دارد.
در دمای تقود ۹۰ درجه سلسیوس تقود CH4 و CO2تقریبا ثابت بود بنابراین نشان داد که نفوذ از طریق نمونه غشایی کربنی SPPO به سختی به غلظت خوراک و ایسته بود. با این وجود نفوذ CO2 کمی کاهش می یاید و نفوذ CH4 کمی افزایش می یابد. با افزایش غلظت CO2 در خوراک گاز در دمای پایین تر. این منجر به کاهش گزینش ایده آل CO2/CH4 در بالاترین غلظت CO2 می شود. در مقایسه با سیستم گاز تکی، نفوذ گاز پایین تر و گزینش ایده آل CO2 / CH4 بالاترین غلظت CO2 در سیستم گاز مخلوط مشاهده شد[26].
2-7-7 غشاهای کامپوزیت درختسان PAMAM5
غشاهای کامپوزیت درخت سان PAMAM باگزینش پذیری بالای CO2 ,N2 و نفوذ پذیری CO2در محل
(in situ)یا توجه به اصلاح درجا (IM6) توسعه داده شدند. این روش از رسوب مواد غشایی د ر سطح مشترک بستر متخلخل و محلول آبی حاوی مواد غشایی بهره می گیرد. لایه نازکی از کیتوسان آمفیلیک، که دارای میل ترکیبی بالقوه برای هر دو یستر ،PSF آبگریزو درخت سان هایPAMAM آبدوست است، به عنوان یک لایه به طور مستقیم در زیر سطح داخلی بستر به روش IM به کار گرفته شد. درخت سان های PAMAM سپس در لایه آبرو کیتوسان برای تشکیل یک لایه فعال ترکیبی برای جداسازی CO2 آغشته شدند. هیبریداسیون درختسان PAMAM از یک لایه آبرو کیتوسان لایه فعالی با ضخامت حدود ۳۰۰ نانومتر را برای جداسازیCO2 تهیه می کند و جداسازی CO2 فراهم می شود[27].
2-7-8 غشاء نانو کامپوزیت پلیمری
ضرایب معبور دهی (بر حسب واحد Barrer معادل10E – 10 Cm3 ( STP ) Cm / Cm2 . s . CmHg) و انتخاب پذیری غشاهای تهیه شده از PTMSP خالص و نانوکامپوزیتهای PTMSP_FS با 25٪ و 50% وزنی از نانوذرات سیلیکا در شکلهای زیر اورده شده است. در هر دو مورد با افزایش میزان نانوذرات سیلیکا، ضریب عبور دهی افزایش قابل ملاحظه داشته است بطوریکه ضریب عبوردهی نیتروژن از 1040 بارر در PTMSP خالص به 2708 بارر در نانو کامپوزیت حاوی 50 سیلیکا رسیده است ( 2 / 6 برابر) و در مورد متان، از 1934 بارر در پلیمر خالص به 5331 بار در نانوکامپوزیت 50% سیلیکا رسیده است که افزایش بیش از 270% را نشان می دهد. این افزایش شدید در ضرایب عیوردهی می تواند ناشی از کاهش نواحی کریستالی پلیمر و یا افزایش حجم خالی بین زنجیره های پلیمر در اثر حضور نانوذرات باشد. از طرف دیگر در شکل ها می بینیم که انتخاب پذیری نیز با افزودن نانوذرات سیلیکا بالاتر از پلیمر خالص بوده است. یعنی اینکه افزودن نانوذرات سیلیکا به PTMSP بطور همزمان موجب بالاتر رفتن عبور دهی و انتخاب پذیری غشا شده است، پدیده ای که در غشاهای پر شده با ذرات بزرگتر میکرونی دیده نمی شود و افزایش عبور دهی، غالبا با کاهش انتخاب پذیری همراه است و بالعکس. در مورد علت کاهش انتخاب پذیری در نانوکامپوزیت 50٪ نسبت به 25%، می توان گفت که در افزودن 50 نانوذره به پلیمر موجب شده است که ذرات کاملا جدا و پخش نشوند و احتمالا تجمع ذرات اتفاق افتاده است و در نتیجه، مکانیسم عملکرد مذکور برای نانوذرات، کمرنگ تر شده است[8].
جدول ‏2-3ضرایب عبور دهی غشاء های نانو کامپوزیت [8]

شکل ‏2-7 مقایسه عبور دهی گاز های نیتروژن و متان در PTMS خالص و نانو کامپوزیت های ان [13]

شکل ‏2-8 انتخاب پذیری متان بر نیتروژن در PTMSP خالص و نانو کامپوزیت های ان [13]

شکل ‏2-9 ضرایب عبور دهی گاز های CO2 ,CH4,N2 در PDMS خالص و نانو کامپوزیت های ان

شکل ‏2-10 انتخاب پذیری متان بر نیتروژن در PDMS خالص و نانو کامپوزیت های ان [13]

2-8 ﻋﻮﺍﻣﻞ ﻣﻮﺛﺮ ﺑﺮ ﻋﻤﻠﻜﺮﺩ ﺗﻤﺎﺱ ﺩﻫﻨﺪﻩ ﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻳﻲ
2-8-1 خیس شدگی7 غشا
مهمترین پارامتری که در رابطه با تماس دهنده های غشایی مطرح شده است، فشار نفوذ بحرانی با فشار ورود سیال (Δp) به داخل حفرات غشا میباشد. در فشارهای بالاتر از فشار نفوذ بحرانی، سیال به داخل حفره های غشا نفوذ کرده و پدیده خیس شدگی اتفاق می افتد. بر اساس جنس و خصوصیات نشا، حفرهها ممکن است از فاز گاز یا از فاز مایع پر شود. سیالات قطبی موجب خیس شدن غشاهای آبدوست و سیالات غیر قطبی موجب خیس شدن غشاهای آیگریز می شود. از آنجایی که مقاومت نفوذ از میان فاز گاز کمتر از مقاومت نفوذ در فاز مایع است، بهتر است که حفرات از فاز گاز پر شده و فاز جاذب به داخل حفرات نفوذ نکند. خیس شدگی حتی به میزان بسیار جزئی نیز باعث افزایش سریع مقاومت انتقال جرم در عملیات جذب گاز می شود[28]۔ بررسی اثر خیس شدگی غشا برعملکرد حذف CO در تماس دهنده های غشایی الیاف توخالی نشان داده است که اگر حفرات غشا به میزان ۵ خیس شوند، ضریب انتقال جرم کلی ممکن ﺑﻪ 20% ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺍﻭﻟﻴﻪ ﺧﻮﺩ ﺑﺮﺳﺪ[28]…………………………………..

2-8-2 اثر دما بر انتقال گاز
به طور کلی در یک فشار مشخص، تقوذ گاز در میان یک غشای پلیمری با دما افزایش می یابد. وابستگی نفوذ به دما توسط رابطه ای مشابه با رابطه آرنیوس به شکل زیر بیان می شود.
(4)
در رابطه فوق D ضریب نفوذ برحسب فاکتور پیش نمایی، E انرژی فعال سازی نفوذ (R تابت عمومی گاز ها) و T دما بر حسب کلوین( K ) می باشد همچنین وابستگی دمایی حلالیت در یک سیستیم نفوذ – پلیمری می تواند به فرم رابطه وانت هوف توصیف شود:
(5)
فاکتور پیش نمایی می باشد. در نهایت با استفاده از معادله های ۴و۵ به معادله ی فوق آنتالپی محلول نفوذی و معادله زیر می رسیم:
(6)

انرژی فعال سازی نفوذ می باشد [29و30]
2-8-3 اثر فشار بر انتقال گاز
نفوذ گاز در یک پلیمر بر اساس تغییرات فشار خوراک تحت تاثیر قرار می گیرد. الگوهای مشاهده شده را براساس وابستگی انتقال گاز به چهار دسته طبقه بندی می شوند:
1. خطی با شیب نزدیک به صفر ، یک حالت ایده آل، نفوذ مستقل از فشار (مانند جذب پایین اجزاء نفوذی He یا N2 در پلیمرهای شیشه ای یا لاستیکی)
2. نمودار نزدیک به خطی که افزایش نفوذ با افزایش فشار همراه است که اغلب نفوذ یک بخار آلی به داخل یک پلیمر لاستیکی را توصیف می کند.
3. یک رفتار کاهشی در نفوذ با افزایش فشار که نوعا در گازهای خیلی محلول مثل CO2 که در غشاهای شیشه مانند اتفاق می افتد.
4. منحنی به صورت کاو ، که در واقع ترکیبی از منحنی های مورد دوم و سوم می باشد که یک نوع نفوذ قابل تحول مثل بخار آلى در پلیمر شیشه مانند است [29] .
شکل (a – d) ۳ به ترتیب دسته بندی فوق را نشان می دهد.

شکل ‏2-11 الگوهای ارتباط فشار با تراوایی [29]

فصل 3
نتیجه گیری و پیشنهادات

3-1 نتیجه گیری
ﺍﻣﺮﻭﺯﻩ ﻣﺰﺍﻳﺎﻱ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﻏﺸﺎﻫا ﺩﺭ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺑﺮ ﻛﺴﻲ ﭘﻮﺷﻴﺪﻩ ﻧﻴﺴﺖ. ﻛﺎﻫﺶ ﻣﺼﺮﻑ ﺍﻧﺮژﻱ ﻭ ﻋﻤﻠﻴﺎﺕ ﺁﺳﺎﻥ ﺍﺯ ﺟﻤﻠﻪ ﻧﻘﺎﻁ ﻗﻮﺕ ﻭ ﭘﻠﻴﻤﺮﻳﺰﺍﺳﻴﻮﻥ ﻭ ﮔﺮﻓﺘﮕﻲ ﻏﺸﺎء ﺟﺰء ﻧﻘﺎﻁ ﺿﻌﻒ ﺍﻳﻦ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ. ﺩﺭ ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺟﺬﺏ ﺁﻣﻴﻦ ﺩﺭﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﻣﺴﺌﻠﻪﺍﻱ ﻣﻬﻢ ﻫﻢ ﺍﻛﻨﻮﻥ ﺩﺭ ﭘﺎﻻﻳﺸﮕﺎﻫﻬﺎ ﺩﺭ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺍﺳﺖ. ﺑﻪ ﺩﻟﻴﻞ ﻫﺰﻳﻨﻪﻫﺎﻱ ﺯﻳﺎﺩ ﻭ ﺳﺨﺘﻲ ﻛﺎﺭ ﺳﻌﻲ ﺑﺮ ﺍﻳﻦ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژﻱ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺩﺭ ﺻﻨﺎﻳﻊ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﺭﻭﺷﻬﺎﻱ ﻣﺮﺳﻮﻡ ﺷﻮﻧﺪ. ﻫﺮ ﺩﻭ ﺭﻭﺵ ﻓﻮﻕ ﺍﻟﺬﻛﺮ ﺩﺍﺭﺍﻱ ﻣﺰﺍﻳﺎ ﻭ ﻣﻌﺎﻳﺒﻲ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ ﻟﺬﺍ ﺍﺯ ﺭﻭﺵ ﺗﺮﻛﻴﺒﻲ ﻛﻪ ﺧﻮﺩ ﻳﻚ ﺭﻭﺵ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺩﺭ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﺑﺎ ﺑﺎﺯﺩﻫﻲ ﻧﺴﺒﺘﺎ ﺑﺎﻻ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ، ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻥ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﻧﻤﻮﺩ. ﻏﻨﻲﺳﺎﺯﻱ ﺍﻛﺴﻴﮋﻥ، ﻫﻠﻴﻢ ﻭ ﻧﻴﺘﺮﻭژﻥ، ﺭﻃﻮﺑﺖ ﺯﺩﺍﻳﻲ ﺍﺯ ﻫﻮﺍ، ﺷﻴﺮﻳﻦ ﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯ ﻭ… ﺟﺰء ﻛﺎﺭﺑﺮﺩﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺩﺭ ﺟﺪﺍﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﻣﻲﺑﺎﺷﻨﺪ. ﺷﻴﺮﻳﻦﺳﺎﺯﻱ ﮔﺎﺯﻫﺎ ﻣﺨﺼﻮﺻﺎ ﮔﺎﺯ ﻃﺒﻴﻌﻲ ﺗﻮﺳﻂ ﺍﻳﻦ ﻏﺸﺎﻫﺎ ﺍﺯ ﺍﻫﻤﻴﺖ ﻭﻳﮋﻩﺍﻱ ﺑﺮﺧﻮﺭﺩﺍﺭ ﺍﺳﺖ. ﺗﺼﻮﺭ ﺑﺮ ﺍﻳﻦ ﺍﺳﺖ ﻛﻪ ﺩﺭ ﺁﻳﻨﺪﻩ ﺍﺯ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﻏﺸﺎﻳﻲ ﻭ ﺗﺮﻛﻴﺒﻲ ﺑﻪ ﺟﺎﻱ ﻓﺮﺁﻳﻨﺪﻫﺎﻱ ﺻﺮﻓﺎ ﺁﻣﻴﻨﻲ ﺟﻬﺖ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﻳﻚ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﻬﻴﻨﻪ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷﻮﺩ.

ﺍﮔﺮﭼﻪ ﻏﺸﺎ ﻭ ﻧﻮﻉ ﺟﺎﺫﺏ ﻣﺎﻳﻊ ﺟﺰء ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻫﺎﻱ ﺑﺴﻴﺎﺭ ﻣﻬﻢ ﺩﺭ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﺎﻱ ﺗﻤﺎﺱ ﺩﻫﻨﺪﻩ ﻏﺸﺎﻳﻲ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ، ﺍﻣﺎ ﺗﺮﻛﻴﺐ ﺑﻨﺪﻱ ﻣﺪﻭﻝ ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻧﺪ ﻧﻘﺶ ﺍﺳﺎﺳﻲ ﺩﺭ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﺍﻧﺘﻘﺎﻝ ﺟﺮﻡ ﺑﻴﻦ ﻓﺎﺯ ﮔﺎﺯ ﻭ ﻣﺎﻳﻊ ﺩﺍﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ .ﺑﻨﺎﺑﺮﺍﻳﻦ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﻣﺪﻭﻝ ﻫﺎﻱ ﺟﺪﻳﺪ ﺑﺮﺍﻱ ﺑﻬﺒﻮﺩ ﺍﻧﺘﻘﺎﻝ ﺟﺮﻡ، ﺑﺎ ﺩﺭ ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻦ ﻧﻈﻢ ﺍﻟﻴﺎﻑ، ﺩﺍﻧﺴﻴﺘﻪ ﺍﻟﻴﺎﻑ ﺩﺭ ﻣﺪﻭﻝ ﻭ ﺟﻬﺖ ﺟﺮﻳﺎﻧﻬﺎ ﻣﻲ ﺗﻮﺍﻧﺪ ﻣﻮﺿﻮﻉ ﻣﻬﻤﻲ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﺤﻘﻴﻘﺎﺕ ﺁﻳﻨﺪﻩ ﺑﺎﺷﺪ……………………………………………………………………..
اﻓﺰودن ﻧﺎﻧﻮذرات ﺑﻪ ﭘﻠﻴﻤﺮﻫﺎی ﻏﺸﺎﻳﻲ و ﺗﻬﻴﻪ ﻏﺸﺎﻫﺎی ﻧﺎﻧﻮﻛﺎﻣﭙﻮزﻳﺖ ﭘﻠﻴﻤﺮی، راﻫﻜﺎر ﺑﺴﻴﺎر ﻣﻨﺎﺳﺒﻲ ﺑﺮای ﺑﻬﺒﻮد ﻳﻜﻲ از ﺧﻮاص ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ، ﻋﺒﻮردﻫﻲ، اﻧﺘﺨﺎب ﭘﺬﻳﺮی و ﻳﺎ ﺑﻬﺒﻮد ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ اﻳﻦ ﺧﻮاص در ﻏﺸﺎﻫﺎی ﭘﻠﻴﻤﺮی اﺳﺖ.
افزایش دما و فشار خوراک گازی و نیز فشار جریان تراوه باعث افزایش هزینه فرآوری، و افزایش نرخ جریان خوراک سیب کاهش هزینه فرآوری می شود. به عنوان نتایج کلی تحقیق انجام شده می توان اعلام کرد که:
۱-پیش فرآوری گاز قبل از فرآیند جداسازی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
۲- فرآوری با ظرفیت بالاتری نرخ جریان خوراک بیشتر، از نظر اقتصادی نسبت به فرآوری در نرخ های پایین خوراک مقرون به صرفه تر است.
3- استفاده از فشار جریان تراوه پایین تر، سبب کاهش هزینه فرآوری می شود.

3-2 پیشنهادات
با توجه به اینکه انتخاب مناسب ترین گزینه و بهترین شرایط برای عملی کردن فرایند، می تواند تاثیر بسزایی در راندمان و همچنین هزینه های ناشی از آن باشد، پیشنهادهایی جهت انجام ادامه ی تحقیقات در این زمینه ارائه میگردد:
1- استفاده از زیر لایه ی ساخته شده توسط ماشین های اتوماتیک برای کاهش خطای آزمایش
2- استفاده از نانوذرات سیلیکا در ساختار غشای تجاری برای بهبود عملکرد
3- اثر غلظت نانوذرات بر روی زاویه ی تماس سطح غشاها باید اندازه گیری شود.
4- ترکیبی از روش های غشایی استفاده شود در غیر اینصورت به نتایج مطلوبی نخواهیم رسید

3

مراجع

[1]S.P. Nuns and K.V. Peinemann, "Membrane technology in the chemical industry", Second, Revised and extended edition, Copyright (c) 2006 Wiley-VCH, p. 53.
[2] Yampolskii,Y., Freeman B., Membrane Gas Separation, John Wiley & Sons, Ltd., Publication, 2010.
[3] Van Rijn, C.J.M., Nano And Micro Engineered Membrane Technology, 2004.
[4] Hoffman, E. J., Membrane Separations Technology, 2003.
[5] Takeshi, M., synthetic membrane and Membrane Separation Processes, CRC press, p. 314, 1994.
[6] Muler M,"Basic Principle of Membrane Technology", center of Mem. Sci & Tech. Uni. Of Twents, 7hosph Edition , 1997.
[7] Sadrzadeh, M., "Gas permeation through a synthesized composite PDMS/PES membrane " , Journal of Membrane Science, 2009.
[8] Walter K.G.,"Process for Separating Higher Hydrocarbons from Natural or Produced Gas Streams", US patent 4,857,078;1989.
[9] Toy L.G., et al., "Natural Gas Treatment Process using PTMSP Membrane" ., US patent 5,501, 722; 1996.
[10] H. Cong et al., "Polymer-inorganic nanocomposite membranes for gas separation", Sep. Purif. Technol., 2007.
[11] Baker Richard W."Future Directions of Membrane Gas Separation Technology", Ind. Eng. Chem. Res., Vol.41,PP.1393-1411, 2002.
[12] Abetz et al., "Developments in Membrane Research: from Material via Process Design",Advanced Engineering Materials, 8, No.5, 2006.
[13] Weiland, R.H. and Dingman J.C., Effect of Blend Formulation on Selectivity in Gas Treating, Presented at the Laurence Reid Gas Conditioning Conference, Oklahoma, 1995, page 268 .
[14] Dannstrom, H. Sanderson, Natural Gas Sweetening Using Membrane Gas Liquid Contactors, Presented at the Laurence Reid Gas Conditioning Conference, Oklahoma, 1999, page 405.
[15] Baker, R. W., Membrane technology and applications, John Wiley Publication, New York , 2004.
[16] McKee, M.J. Stuksord, "CO2 Removal: Membrane plus Amine", Hydrocarbon Processing, April 1991, page 63.
[17] R.W. Baker, "Membrane Technology and Applications", 2nd edition, John Wiley & Sons, Chichester 2004, Chapter 2.
[18] Khayet, M., "Membranes and theoretical modeling of membrane distillation: A review". Advances in colloid and interface science, 164 (2011) p. 56.
[19] Car A Stropnik Ch Yave W, Peinemann K.V.PEG modified polyamidebethyleneoxide) membranes for CO2 separation. Journal of Membrane Science. 2008307 88-95.
[20] مهدیارفر. محمد "غشاهای کربنی به منظور جداسازی گازها"دانشگاه علم و صنعت ایران"دانشکده مهندسی شیمی"شهریور 1386.

[21] پاک .افشین" کاربرد غشاهای زئولیتی" دانشگاه علم و صنعت ایران"دانشکده مهندسی شیمی"پاییز1380.

[22] J.Caro,M.Noack,"zeolite membrane_recent developments and progress" J.Microporous and Mesoporous Materials 115 (2008) 215-233.

[23] ا- گروهی، پ- پورمقدم، ا- سرایی کاشانی، س – داوری، "جداسازی CO2 از گازهای خروجی دودکش نیروگاه ها توسط تماس دهنده غشایی"، بیست و هشتمین کنفرانس بین المللی برق، سال ۱۳۹۲.
[24] ۱- گروهی، پ- پورمقدم، ا- سرایی کاشانی، س – داوری، "جداسازی CO2 از گازهای خروجی دودکش نیروگاه ها توسط تماس دهنده غشایی"، بیست و هشتمین کنفرانس بین المللی برق، سال ۱۳۹۲.
[25] K Kusakabe, K.Ichiki, J.I.Hayashi, H. Maeda, S. Morooka, Preparation and characterization of silica-polyimide composite membranes coated on porous tubes for CO2 separation. Journal of membrane science 115(1996)65-75.
[26] M.Yoshimune, K.Haraya, CO/CH4 mixed gas separation using carbon hollow fiber membranes, Energy Procedia 37(2013) 1109-1116.
[27] Sh.Duan, T.Kouketsu, Sh.Kazama, K. Yamada. Development of PAMAM dendrimer composite membranes for CO2 separation, Journal of membrane science 283(2006)2-6.
[28] Fouad, M.K.., Multistage Separation Processes, 2005.
[29] Mathews J. T., "Effect of permeate pressure on the mixed gas permeation of carbon dioxide and methane in a glassy polyimide " , Journal of Membrane Science 152, 29±40, 1999.
[30] Yampolskii Y., Pinnau I., Freeman B. D., Materials Science of Membranes for Gas and Vapor Separation, John Wiley & Sons, Ltd, 2006.

1 pervaporation
2 Immobilize Liquid Membrane
3 شرایط استاندارد دمای صفر درجه سانتی گراد و فشار 1اتمسفر را درنظر می گیرند لذا باید به تعریف ارائه 25 C ˚است. اما دمای تعریف شده توسط محقق توجه شود.
4 sulfonated poly(phenylene oxide)
5 poly(amidoamine)
6 in situ modification
7 Wetting

————————————————————

—————

————————————————————

ذ

3