کاهش هزینه‌ شیرین سازی گاز طبیعی با فناوری نانو

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، یکی از مهم‌ترین مشکلات صنایع نفت و گاز، تصفیه و حذف ناخالصی‌های موجود در گاز طبیعی به منظور کاهش خوردگی خطوط لوله و صرفه جویی در هزینه‌های حمل و نقل و نگهداری، بهبود عملکرد و افزایش ارزش حرارتی گاز و همچنین کاهش آلودگی و مشکلات زیست محیطی است.

گاز طبیعی به عنوان یکی از مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین منابع انرژی در جهان، زمانی که از منابع استخراج می‌شود، حدود ۸۰ درصد آن از متان تشکیل شده است و در اکثر منابع ترکیبات و ناخالصی‌های دیگری همچون گازهای دی اکسید کربن، هیدروژن، نیتروژن، هیدروژن سولفید و دیگر ترکیبات گوگردی را به همراه دارد.

در این پژوهش، محققان توانسته‌اند غشاهای نانوکامپوزیتی را که توانایی خوبی در جداسازی مخلوط گازها دارند، سنتز کنند. غشاهای ساخته شده در این طرح، متشکل از یک پلی (ایمید- اتر) با خواص مطلوب به عنوان ماتریس پلیمری، نانوزئولیت‌ها و نانوذرات مغناطیسی است.

طبق نتایج، این غشاها می‌توانند فرآیند جداسازی را نسبت به روش‌های متداول با استفاده از تجهیزات ساده در زمان کوتاه‌، با صرف انرژی و هزینه‌ کمتر و با بازدهی مطلوبی انجام دهند. سهولت در ساخت غشاهای تهیه شده و هزینه‌  پایین مواد اولیه و فرآیند ساخت از دیگر ویژگی‌های غشاهای نانوکامپوزیتی سنتز شده است.

 زهرا مبارکی، کارشناس ارشد شیمی آلی از دانشگاه اراک و مجری طرح عنوان کرد: در حال حاضر عمدتاً برای جداسازی آلاینده‌های گاز طبیعی از روش‌هایی نظیر روش سرد کردن (تقطیر)، استخراج، جذب و جذب سطحی با کاربرد حلال‌های آلی، استفاده می‌شود. این روش‌ها، مستلزم صرف انرژی و هزینه‌  بسیار زیاد و برخورداری از تجهیزات خاصی است. از طرفی استفاده از حلال‌ها نیز موجب آلودگی محیط زیست می‌شود.

وی افزود: استفاده از روش‌ ارائه شده در این طرح نه تنها چنین مشکلاتی را به همراه ندارد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد. در واقع به طور کلی استفاده از غشاها به علت بازدهی و بهره برداری بالاتر، جداسازی سریع‌تر، سادگی عملیات و عدم استفاده از حلال‌ها و جاذب‌های گران‌قیمت نسبت به روش‌های ذکر شده در بالا، اقتصادی‌تر هستند. این روش همچنین دوست دار محیط زیست است.

مبارکی عنوان کرد: این کار تاکنون در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است. اما از آنجا که روش ساخت غشاها آسان و از لحاظ اقتصادی مقرون به‌ صرفه است و همچنین توانسته‌ایم به جداسازی قابل قبولی دست یابیم، لذا می‌توان امیدوار بود که با بهینه کردن شرایط تولیدی و رفع مشکلات و محدودیت‌ها، امکان تجاری شدن تولید آن نیز وجود داشته باشد.

به گفته‌ این محقق، بیشتر غشاهایی که در جداسازی گازها استفاده می‌شوند، از نوع غشاهای پلیمری هستند. در میان پلیمرها، پلی ایمیدها به دلیل گزینش‌پذیری بالا، خصوصیات مکانیکی مناسب و همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی بالا بیشترین کاربرد را دارند.

وی با بیان اینکه بهینه کردن عملکرد غشاها جهت بهبود فرآیند جداسازی گاز یکی از اولویت‌های تحقیقاتی در این حوزه از علم به شمار می‌رود، خاطر نشان کرد: لذا به منظور ارتقا و بهبود خواص جداسازی گازی در غشاهای پلی‌ایمیدی، می‌توان از وارد کردن نانوذرات به ماتریس پلیمر و تهیه غشاهای نانوکامپوزیتی (شبکه آمیخته) استفاده کرد. به همین دلیل در این کار، بعد از سنتز پلی (ایمید- اتر) مورد نظر، نانوزئولیت‌های (ZSM-۵) به روش هیدروترمال تهیه شدند.سپس از طریق واکنش هم‌رسوبی، مغناطیسی شده و به ماتریس پلیمری اضافه شدند.

وی  عنوان کرد: افزایش مقاومت گرمایی و مکانیکی ماتریس پلیمری و همچنین افزایش گزینش پذیری و نفوذپذیری غشاهای نانوکامپوزیتی نسبت به غشای پلیمر خالص و در نتیجه دستیابی به جداسازی مطلوب با راندمان بهتر از مزایای استفاده از نانوذرات زئولیت (ZSM-۵)مغناطیسی در این کار است. همچنین در این پژوهش، عملکرد غشاهای سنتز شده، در جداسازی جفت گاز (CH۴/ CO۲) بررسی شده است.

وی افزود: استفاده از غشاهای تهیه شده در این طرح جهت جداسازی گاز، موجب افزایش بازدهی و کاهش هزینه‌های فرآیند جداسازی گاز خواهد شد، لذا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند.

این طرح در قالب پایان نامه‌ کارشناسی ارشد زهرا مبارکی و با همکاری دکتر خلیل فقیهی و دکتر حسن مقنیان انجام شده است. این پایان نامه که به سفارش شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شازند صورت گرفته است.