جداسازي مخلوط گازي كربن دي اكسيد و نيتروژن با روش جذب سطحي با تناوب فشار- خلا

Separation of CO2/N2 Mixture by Vacuum Pressure Swing Adsorption

به طور معمول يكي از مرحله هاي پرهزينه در صنايع شيميايي و پتروشيمي، جداسازي است. فرايند جذب سطحي با تناوب فشار در جداسازي و خالص سازي گازها كاربرد وسيعي دارد. به منظور توسعه اين فرايند يك طرح نيمه صنعتي تناوب فشار ـ خلا شامل 4 بستر جذب به طول يك متر و به قطر خارجي 5 /3 سانتي متر، مجهز به پمپ خلا، سامانه هاي كنترل و تجزيه، در دانشگاه تربيت مدرس راه اندازي شده است. به منظور آزمايش اين طرح نيمه صنعتي، جداسازي مخلوط گازي نيتروژن و كربن دي اكسيد، به عنوان گاز احتراق، با استفاده از جاذب زيوليت X 13 مورد بررسي قرار گرفت. در اين فرايند بسترها 8 مرحله شامل افزايش فشار با خوراك، جذب در فشار بالا، متعادل‌سازي فشار براي كاهش فشار، تخليه، متعادل‌سازي فشار براي افزايش فشار، پاكسازي در فشار متوسط، تخليه در خلا و پيش بارگيري را طي مي‌كنند. مطالعه ها در بازه ي فشار 7/2 تا 7/4 بار و زمان سيكل هاي گوناگون 400 تا 640 ثانيه اي و شدت جريان هاي فراورده گوناگون (1 تا 3 ليتر در دقيقه) انجام گرفت. تاثير پارامترهاي فشار، زمان سيكل و شدت جريان فراورده بر روي خلوص و بازيابي مطالعه شد. طي آزمايش هاي انجام شده، بيشترين درصد خلوص به دست آمده مربوط به فشار 7/3 بار در زمان سيكل 560 ثانيه است كه خلوص 6/97% براي فراورده (كربن دي اكسيد) را به همراه داشته است.

Separation is usually one of the costly stages in chemical and petrochemical industries. Pressure Swing Adsorption (PSA) is an important unit for gas separation and purification. In order to develop the PSA technology, a pilot plant including four beds each with 1 meter length and 3.5 centimeter diameter was designed and built in Tarbiat Modares University. This pilot includes vaccum pump, control systems and analysis systems to study the operational conditions of beds carefully. In order to test this pilot plant, separation of CO2 /N2 mixture using Zeolite 13X type and carbon molecular sieve was studied. In this study an 8 stage cycle including: repressurization with feed, adsorption, equalization to depressurization, blow down, purge in medium pressure, equalization to pressurization, evacuation and preloading was used. The test have been done in pressure range of 2.7 to 4.7 bar, cycle time of 400 to 640 seconds and 3 product flow rate (1, 2, 3 L/min). The effects of pressure, cycle time and product flow rate were studies, using 560 seconds for a cycle time at 3.7 bar, the maximum purity of 97.6% was obtained.