فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

فرآوری گاز طبیعی یک عملیات صنعتی حیاتی است که گاز خام را با حذف ناخالصی‌هایی مانند آب، گازهای اسیدی و هیدروکربن‌های سنگین به یک محصول با ارزش تبدیل می‌کند. در حالی که ترمودینامیک و سینتیک شیمیایی به‌طور سنتی در مباحث فرآوری گاز مورد تأکید قرار می‌گیرند، فناوری ذرات جامد[1] شامل رفتار و کاربرد مواد ذره‌ای نیز نقشی اساسی و فزاینده‌ای در تضمین کارایی، ایمنی و پایداری این عملیات ایفا می‌کند. این فناوری با بررسی وجود ذرات جامد (مانند گرد و غبار، هیدرات‌ها و ذرات معلق حاصل از احتراق) در جریان گاز، اساساً در مراحل مختلف فرآوری گاز طبیعی دخیل است. گاز طبیعی حاوی ذرات جامد بوده که در عملیات بالادست می‌توانند به تجهیزات آسیب رسانده و در حمل و نقل مشکلاتی ایجاد کنند. این فناوری با حذف ذرات جامد قبل از ورود به خط لوله متضمن حمل و نقل، استفاده ایمن و کارآمد از گاز طبیعی خواهد بود. جداسازی مؤثر این جامدات برای جلوگیری از فرسایش تجهیزات، انسداد خطوط لوله و آسیب به سیستم‌های کاتالیزوری پایین‌دستی ضروری است. بدین منظور عموماً دستگاه‌هایی مانند جداکننده‌های سیکلونی، اسکرابرها و واحدهای فیلتراسیون که براساس اصول دینامیک ذرات سیال عمل می‌کنند استفاده می‌شوند. طراحی چنین دستگاه‌هایی نیاز به درک عمیقی از توزیع اندازه ذرات، اینرسی و نیروهای کششی در محیط‌های جریان چند فازی دارد. از طرفی دیگر تشکیل هیدرات‌ها شامل ترکیبات نیمه‌جامد که در خطوط لوله گاز طبیعی در دماهای پایین و فشارهای بالا تشکیل می‌شوند، می‌توانند منجر به انسداد ‌گردند. در این راستا فرآیندهای جذب به کمک ذرات جامد متخلخل با حذف آب و سایر ناخالصی‌هایی که در تشکیل آن‌ها نقش دارند، به جلوگیری از تشکیل هیدرات کمک می‌کند. در فرآیند آب‌زدایی (با استفاده از غربال‌های مولکولی) و حذف گاز اسیدی، به‌عنوان مثال، از آلومینای فعال یا جامدات عامل‌دار شده با آمین استفاده می‌شود که ذاتاً مبتنی بر ذرات جاذب متخلخل هستند. عملکرد این فرآیندها به‌شدت با خواص جاذب‌های جامد، از جمله اندازه ذرات، تخلخل، مساحت سطح و استحکام مکانیکی آن‌ها مرتبط است؛ بنابراین، پیشرفت در مهندسی ذرات جامد مانند بهینه‌سازی تکنیک‌های گرانول‌سازی یا توسعه ذرات جاذب با ساختار سلسله مراتبی[2] برای بهبود قابلیت اطمینان و عملکرد فرآیند بسیار مهم هستند.علاوه بر جداسازی و جذب، فناوری ذرات در طراحی و بهره‌برداری از راکتورهای گاز/جامد، مورد استفاده در بازیابی گوگرد (به‌عنوان مثال، تصفیه گاز خروجی فرآیند کلاوس) و در کاربردهای جذب کربن ضروری است. راکتورهای بستر سیال که اغلب در این فرآیندها به کار می‌روند، نیاز به کنترل دقیق رفتار جریان ذرات تحت‌فشار، دما و محیط‌های شیمیایی مختلف دارند. ابزارهای محاسباتی نوظهور، از جمله دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)[3]که با مدل‌سازی المان گسسته (DEM)[4]ادغام شده‌اند، امکان شبیه‌سازی جریان‌های پیچیده مملو از ذرات را فراهم نموده و پلتفرم‌های قدرتمندی برای بهینه‌سازی طراحی راکتور و عیب‌یابی مسائل عملیاتی ایجاد می‌کنند.با تغییر صنعت گاز طبیعی به سمت عملیات کم‌کربن‌تر و پایدارتر، فناوری ذرات نقش گسترده‌ای ایفا می‌کند. به‌عنوان مثال، جاذب‌های جامد برای جذب CO₂ از جریان‌های گاز طبیعی در حال توسعه هستند. تولید این جاذب‌ها مستلزم کنترل دقیق بر سنتز ذرات، مورفولوژی و عامل‌دار کردن سطح است. به‌طور مشابه، مدیریت انتشار ذرات جامد آلوده، مانند جامدات مملو از جیوه یا جاذب‌های پسماند، نیاز به تکنیک‌های پیشرفته مشخصه‌یابی ذرات (به‌عنوان مثال، پراش لیزر و پردازش تصویر پویا) و استراتژی‌های نوآورانه تصفیه پسماندها دارد.در نتیجه، فناوری ذرات باید به‌عنوان یک عامل حیاتی برای فرآوری کارآمد، ایمن و پایدار گاز طبیعی عمل نماید. این فناوری، عملیات کلیدی از جداسازی جامد-مایع-گاز گرفته تا جذب و تبدیل شیمیایی را پشتیبانی می‌کند. ادغام روش‌های پیشرفته مشخصه‌یابی ذرات، مدل‌سازی فرآیند و سنتز مواد ذره‌ای جدید برای تاب‌آوری و سازگاری با زیست‌محیط ضروری است. تحقیقات بین‌رشته‌ای مداوم که علم مواد و ذرات را با مهندسی شیمی به هم پیوند می‌دهد، برای دستیابی به پیشرفت‌های متحول کننده در عملیات فرآوری گاز طبیعی محوری خواهند بود. [1] Particulate solid technology[2] Hierarchically structured adsorbent particles[3] Computational fluid dynamic (CFD)[4] Distinct element method (DEM)