بررسی تجربی رفتار کف‌زایی و جذب دی‌اکسیدکربن در سامانه مخلوط MDEA-DAP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 انستیتو مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه تهران

چکیده
موضوع تحقیق: کف‌زایی یکی از چالش‌های عمده در واحدهای شیرین‌سازی گاز طبیعی است که می‌تواند منجر به کاهش بازده جذب و مشکلات عملیاتی جدی شود. محلول‌های مخلوط آمینی رویکردی نوین برای بهبود عملکرد سامانه‌های جذب CO₂ هستند. باوجود مطالعات گسترده بر روی آمین‌های تک‌جزئی، رفتار کف‌زایی و عملکرد جذب CO₂ در سامانه مخلوط متیل دی‌اتانول‌آمین (MDEA) و 3,1-دی‌آمینو پروپان (DAP) هنوز به طور جامع بررسی نشده و تأثیر متقابل این دو آمین بر خصوصیات کف‌زایی و ظرفیت جذب ناشناخته است.
روش تحقیق: هدف اصلی این پژوهش، بررسی هم‌زمان خصوصیات کف‌زایی و عملکرد جذب CO₂ در محلول‌های مخلوط MDEA-DAP و تعیین شرایط بهینه است. محلول‌های مخلوط در سه سطح غلظت کل (23، 31.5 و 40 درصد وزنی) با سه نسبت مختلف MDEA به DAP تهیه شدند. آزمایش‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد انجام شد. گاز نیتروژن با نرخ جریان ثابت 1.5 لیتر بر دقیقه در دستگاه کف تزریق شد و حجم کف و زمان شکست اندازه‌گیری شدند. همچنین فشار استفاده شده در دستگاه جذب 620 کیلوپاسکال بود و ظرفیت جذب CO₂ و سینتیک جذب برای تمامی ترکیب‌ها ارزیابی شد.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد که رفتار کف‌زایی و جذب به‌شدت به غلظت کل و نسبت MDEA به DAP وابسته است. MDEA به‌دلیل ساختار آمین درجه سوم، عامل اصلی کف‌زایی است، درحالی‌که DAP به‌دلیل دو گروه آمین اولیه، نقش کلیدی در افزایش ظرفیت جذب ایفا می‌کند. در غلظت کل 31.5 درصد با 5% درصد وزنی DAP، بهترین تعادل بین کاهش کف‌زایی و حفظ ظرفیت جذب بالا حاصل شد؛ حجم کف به 318.45 میلی‌لیتر، زمان شکست به 6 ثانیه و ظرفیت جذب به 0.927 مول دی اکسید کربن بر مول آمین رسید. شرایط بهینه با ترکیب 26.5% درصد وزنی MDEA و5 % درصد وزنی DAPدر غلظت کل31.5% شناسایی شد که برای کاربردهای صنعتی جذب CO₂ توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Experimental Investigation of Foaming Behavior and Carbon Dioxide Absorption in an MDEA–DAP Blended System

نویسندگان English

reza Noroozi 1
mojgan abbasi 2
Siavash Riahi 3
1 School of Chemical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
3 1Institute of Petroleum Engineering, School of Chemical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

Research subject: Foaming is one of the major challenges in natural gas sweetening units, as it can lead to reduced absorption efficiency and serious operational problems. Blended amine solutions have emerged as a promising approach to improve the performance of CO₂ absorption systems. Despite extensive studies on single amine solvents, the foaming behavior and CO₂ absorption performance of blended systems containing methyl diethanolamine (MDEA) and 1,3-diaminopropane (DAP) have not yet been comprehensively investigated. In particular, the mutual effects of these two amines on foaming characteristics and absorption capacity remain insufficiently understood.
Research approach: The main objective of this study was to investigate the foaming behavior and CO₂ absorption performance of MDEA–DAP-blended solutions and to determine optimal operating conditions. Blended solutions were prepared at three total amine concentrations (23, 31.5, and 40 wt.%) with three different MDEA-to-DAP ratios. All experiments were conducted at 30 °C. Nitrogen gas was injected into the foaming apparatus at a constant flow rate of 1.5 L/min, and foam volume and foam break time were measured. CO₂ absorption experiments were carried out at a pressure of 620 kPa, and both absorption capacity and absorption kinetics were evaluated for all solvent compositions.
Main results: The results indicated that both foaming behavior and absorption performance are strongly dependent on total amine concentration and the MDEA-to-DAP ratio. Due to its tertiary amine structure, MDEA was identified as the primary contributor to foaming. In contrast, DAP, owing to its two primary amine groups, played a key role in enhancing CO₂ absorption capacity at a total concentration of 31.5 wt.% with 5 wt.% DAP, the best balance between reduced foaming and high absorption capacity was achieved, corresponding to a foam volume of 318.45 mL, a foam break time of 6 s, and an absorption capacity of 0.927 mol CO₂ per mol amine. The optimal condition was identified as a blend containing 26.5 wt.% MDEA and 5 wt.% DAP at a total amine concentration of 31.5 wt%, which is recommended for industrial CO₂ absorption applications.

کلیدواژه‌ها English

Keywords: Foaming
Methyldiethanolamine (MDEA)
1,3-Diaminopropane (DAP)
Carbon dioxide absorption
Gas sweetening

  • تاریخ دریافت 18 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 29 اردیبهشت 1405
  • تاریخ پذیرش 30 اردیبهشت 1405
  • تاریخ اولین انتشار 01 مرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 مرداد 1405