مروری

مروري بر روند توسعه و بهبود عملکرد غشاهاي پليمري بهمنظور جداسازي و استحصال هليم

علي سليماني، سيد سعيد حسيني*+
4گروه تحقيقاتي علوم و فناوري غشايي، دانشکده مهندسي شيمي، دانشگاه تربيت مدرس، تهران

چكيده: هليم به دليل ويژگيهاي يگانه کاربردهاي گستردهاي به ويژه در حوزههاي پزشکي، هستهاي و فضايي يافته است. در حال حاضر منبع اصلي و صنعتي هليم، گاز طبيعي است که بايد حداقل داراي 50/5% مولي هليم باشد تا فرايند استخراج که بهطور عمده مبتني بر سرمايش است صرفهي اقتصادي داشته باشد. به دليل برتريهاي بسيار فناوري غشايي، استخراج هليم توسط اين فناوري حدود نيم قرن است که مورد مطالعه قرار گرفته است. برخي غشاهاي غيرآلي مانند سيليکا عملکرد مناسبي در جداسازي هليم از خود نشان دادهاند اما هزينه و پيچيدگيهاي ساخت و توسعه آنها زياد است. در مقابل غشاهاي پليمري کمهزينهترند و نياز به ارتقا و بهبود دارند تا عملکردشان به حد دلخواه برسد. درکنار ايجاد آميزه پليمري و بهکارگيري ترکيبهاي پرکننده غير آلي، از جمله مؤثرترين روشهاي بهبود عملکرد اين غشاها، سنتز غشاهاي کوپليمر ميباشد. همچنين سامانهي پيشنهادي استفادهي ترکيبي از فناوريهاي سرمايشي، غشايي و جذب فشار نوساني مي تواند منجر به کاهش مصرف انرژي و هزينهها شود.
واژههاي كليدي: هليم، فناوريهاي جداسازي؛ غشاهاي پليمري؛ بهبود .عملکرد
KEYWORDS: Helium; Separation technologies; Polymeric membranes; Performance improvement.

مقدمه
هليم به دليل ويژگيهاي يگانهاش، کاربردهاي گستردهاي دمابالا، بالونهاي هواشناسي و کشتيهاي هوايي، پردازش عناصر در صنايع گوناگون به ويژه پزشکي، هستهاي و فضايي يافته است ،سوختي در راکتورهاي هستهاي و همچنين بهعنوان سوخت بهطوريکه در برخي از اين موارد هيچ جايگزيني براي آن وجود ندارد. راکتورهاي هستهاي اشاره کرد [3، 2].
شکل 1 نشاندهندهي ميزان مصرف هليم در کاربردهاي هليم در پوستهي زمين از فروپاشي راديواکتيو فلزهاي سنگين گوناگون است. همچون اورانيوم و توريم در سنگهاي گرانيتوئيدي پوسته قارهاي
در حال حاضر کاربرد مهم و عمدهي هليم در سردکردن که طي ميلياردها سال رخ ميدهد، شکل ميگيرد. گازهاي آهنرباهاي ابررساناي استفادهشده در دستگاههاي تصويربرداري تشکيلشده به دليل کوچک بودن ميتوانند از طريق نفوذ با تشديد مغناطيسي )MRI()1( است ]1[. از ديگر کاربردهاي هليم به سمت سطح زمين حرکت کرده و چون سبکتر از هوا هستند ميتوان به استفاده از آن در خنک کردن راکتورهاي هستهاي به ناحيههاي بالاي اتمسفر رسيده و پخش شوند [3، 1].

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
)1( Magnetic Resonance Imaging
1
-12612041

شکل 1ـ ميزان مصرف هليم در کاربردهای گوناگون ]1[.

اگرچه جو زمين داراي ppm 5 گاز هليم است، ولي در حال حاضر ،گاز طبيعي بهعنوان مهمترين منبع تجاري هليم محسوب ميشود که با توجه به محل استخراج آن ميتواند شامل مقدارهاي متفاوتي از هليم باشد. در گذشته يک ميدان گازي بايد حداقل داراي 3/0% هليم ميبود تا استخراج هليم از آن توسط روشهاي سرمايشي توجيه اقتصادي داشته باشد [4، 2]، اما امروزه با گسترش فرايندهاي توليد گاز طبيعي مايعشده (LNG))1(، ميزان هليم موجود در خوراک ورودي به اين واحدها طي عبور از مرحلههاي گوناگون تغليظ شده و استخراج هليم از ميدانهاي گازي با 05/0% مولي هليم را نيز مقرونبهصرفه ميسازد ]5[.
شايان ذکر است ميدان گازي پارس جنوبي داراي 04/0% هليم ،
55% متان و 2% نيتروژن مي باشد [6].
بر اساس آمار منتشر شده تقاضاي جهاني هليم ساليانه
5 الي 7 درصد افزايش مييابد. بهتازگي در کشورهاي الجزاير ،قطر و استراليا شماري تجهيزهاي بازيابي هليم نصب و راهاندازي شده است ولي پيشبينيها بيانگر آن است که حتي با در نظر گرفتن اين واحدها و واحدهايي که شايد به کار خواهند افتاد، در آيندهاي نزديک تقاضاي جهاني هليم بيش از ميزان توليد آن خواهد بود و اين تفاوت عرضه و تقاضا منجر به افزايش بهاي هليم خواهد شد [2].
در مورد اقدامهاي انجامشده در ايران براي استخراج هليم از گاز طبيعي، گزارشي مبني بر واگذاري مطالعههاي جامع برداشت هليم کشورمان به يک شرکت روسي در سال 2011 ميلادي منتشر شده است. مطالعههاي لازم توسط شرکت مربوطه انجام و به شرکت ايراني ارايه شد، اما به دليل نياز به سرمايهگذاري کلان
-4203652428

بهمنظور طراحي، ساخت، نصب و راهاندازي واحدهاي استحصال و همچنين پيچيده بودن فناوري سرمايشي براي جداسازي هليم ،ظاهراً هيچگونه فعاليت اجرايي در اين مورد انجام نشده است ]7[.
در زمينه مطالعههاي مربوط به استخراج هليم توسط فرايندهاي غشايي نيز غير از دو مورد [8 ، 6]، گزارشي ديگر منتشر نشده است.
بر اساس آمار و اطلاعات، ميدان مشترک گازي پارس جنوبي ميان قطر و ايران داراي مقدارهاي زيادي هليم است که کشور قطر هليم توليدي خود را از اين ميدان گازي برداشت ميکند اما کشور ما با اينکه جزء کشورهاي دارندهي بيشترين ذخاير هليم است هم چنان هليم موردنياز خود را از کشورهاي همسايه خريداري ميکند.
با توجه به وجود ذخاير گازي عظيم داراي هليم در ايران ، افزايش قيمت هليم طي سالهاي آتي و از سوي ديگر ساخت واحدهاي توليد گاز طبيعي مايعشده ميتواند منجر به اقتصاديتر شدن طرح ايجاد واحدهاي بازيابي هليم از گاز طبيعي شود و درنتيجه کشورمان در موقعيت مناسبي براي استخراج اين عنصر با ارزش قرار خواهد گرفت.
با توجه به نبود مطالعهاي جامع در زمينه جداسازي هليم ، بهويژه با رويکرد توجه ويژه به فناوري هاي غشايي، هدف از اين مقاله مرور، دستهبندي و جمعبندي مطالعههاي گوناگون انجامشده در خصوص جداسازي هليم ميباشد. بدين منظور ابتدا فناوريهاي موجود و مناسب براي جداسازي هليم بهطور خلاصه بررسي و ارايه شدهاند. سپس به دليل اهميت و برتريهاي بسيار فناوري غشايي در مقايسه با ديگر فناوريها، غشاهاي گوناگون موجود مورد بحث و ارزيابي واقع شده و روشهاي مناسب براي بهبود عملکرد آنها به تفصيل مورد بررسي قرار گرفتهاند.
)1( Liquefied Natural Gas
2
241325376

مايع
سازي

گاز

طبيعي

ارتقاي

هليم

واحد

نيتروژن
دفع

NRU
)
(

نم
زدايي

جيوه

حذف

حذف

گازهاي

اسيدي

مايع
سازي

هليم

تصفيه

هليم

بازيابي

هليم

خروجي
گاز

گاز

طبيعي

جريان

مايع

برگشت

محصول
:
هليم

مايع

ناخالص

هليم
50

70
%

مايع

سازي

گاز

طبيعي

ارتقاي

هليم



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید