Zeolit Untuk Aplikasi Gas, Terutama Untuk Penyimpanan dan Pemisahan Gas
Berikut penjelasan zeolit untuk aplikasi gas, apa itu penyimpanan gas? Penyimpanan gas alam adalah fasilitas yang dapat menyimpan gas alam untuk jangka waktu yang tidak terbatas. Penyimpanan gas alam biasanya terletak di bawah tanah dan oleh karena itu disebut juga penyimpanan gas bawah tanah, atau UGS.
Fungsi utama penyimpanan gas adalah untuk menyuntikkan dan menyimpan gas bumi pada saat harga rendah dan/atau permintaan rendah dan menggunakan gas dengan menarik pada saat harga dan/atau permintaan lebih tinggi. Kita dapat mengidentifikasi tiga parameter untuk mengkarakterisasi penyimpanan gas: volume kerja gas, kapasitas injeksi dan kapasitas penarikan.
Volume Gas Yang Bekerja
Volume gas kerja adalah jumlah gas yang dapat disuntikkan ke dalam penyimpanan dan ditarik di lain waktu selama operasi komersial normal. Volume gas kerja lebih kecil dari total volume penyimpanan. Sebagian dari kebutuhan volume penyimpanan selalu diisi dengan gas. Gas bantalan yang disebut ini diperlukan untuk mempertahankan tekanan yang cukup dalam penyimpanan untuk memungkinkan tingkat penarikan yang memadai.
Kapasitas Injeksi Dan Penarikan
Kapasitas injeksi dan penarikan menentukan laju gas maksimum yang masing-masing dapat disuntikkan atau ditarik dari penyimpanan. Kapasitas injeksi dan penarikan biasanya tergantung pada tingkat tekanan di dalam penyimpanan. Tingkat tekanan tergantung pada jumlah gas kerja yang disuntikkan, tingkat persediaan.
Injeksi tergantung tingkat persediaan dan parameter penarikan juga disebut ratchet. Dalam kasus sedikit gas kerja disuntikkan ke dalam penyimpanan, tekanan di dalam penyimpanan relatif rendah. Akibatnya, kapasitas injeksi biasanya pada nilai maksimum dan kapasitas penarikan pada nilai terendah. Semakin banyak gas kerja yang disuntikkan ke dalam penyimpanan, semakin tinggi tekanannya. Akibatnya, kapasitas injeksi menurun dan kapasitas penarikan meningkat.
Tingkat Siklus Penyimpanan
Tingkat siklus penyimpanan adalah berapa kali penyimpanan dapat terisi penuh dan dikosongkan selama satu tahun. Tingkat bersepeda menunjukkan penggunaan utama penyimpanan. Ini ditentukan oleh rasio antara kapasitas injeksi/penarikan dan volume gas yang bekerja. Penyimpanan dengan rasio injeksi/WGV lebih dari 100 hari disebut penyimpanan musiman. Penyimpanan ini memiliki tingkat siklus mendekati 1 dan hanya dapat digunakan untuk satu siklus penyimpanan penuh per tahun.
Penyimpanan musiman biasanya digunakan untuk menyuntikkan gas selama musim panas dan penarikan selama musim dingin. Dengan demikian menciptakan profil yang diperlukan untuk memasok gas alam ke pelanggan perumahan. Penyimpanan dengan jatah injeksi/WGV kurang dari 30 hari disebut penyimpanan fast-churn. Penyimpanan fast-churn memiliki beberapa siklus penyimpanan penuh selama setahun. Penyimpanan ini biasanya digunakan untuk penyeimbangan portofolio jangka pendek dan/atau arbitrase perbedaan harga jangka pendek.
Zeolit, Penyimpanan dan Pemisahan Gas
Proses pemisahan dan penyimpanan gas pada dasarnya penting untuk berbagai aspek dalam masyarakat manusia, seperti konsumsi energi, keamanan lingkungan, dan produksi industri. Keprihatinan energi dan lingkungan saat ini berada di garis depan perhatian global. Jadi, pemisahan karbon dioksida sangat penting untuk mitigasi efek rumah kaca.
Selain itu, pemisahan hidrogen dan metana bersama dengan penyimpanan sangat diperlukan untuk penggunaan energi bersih yang lazim. Dalam kasus gas beracun, pemisahan dan penyimpanan amonia dan karbon monoksida penting untuk pengendalian polusi dan sintesis bahan kimia industri.
Teknologi Terkait Gas
Teknologi pemisahan gas konvensional seperti adsorpsi tekanan ayunan (PSA), distilasi kriogenik, dll sangat intensif energi serta padat modal. Juga metode pemisahan seperti adsorben cair hemat biaya. Dalam proses distilasi, siklus evaporasi-kondensasi berulang dari campuran di bawah kondisi yang keras adalah pekerjaan yang bermasalah.
Juga generasi adsorben cair merupakan perhatian utama yang membutuhkan pemanasan dan pendinginan media pelarut besar untuk melepaskan gas teradsorpsi. Karena aspek negatif ini, potensi teknologi yang muncul berdasarkan adsorpsi atau pemisahan membran adalah proses alternatif yang sangat ramah dan telah diusulkan sebagai teknologi yang lebih hemat energi.
Menurut Literatur Yang Sudah Ada
Menurut literatur yang ada, teknologi pemisahan berbasis membran hanya mengkonsumsi 10% energi untuk distilasi. Dari perspektif industri penyimpanan dan pemisahan gas yang berbeda, teknik berbasis adsorpsi lebih bersahabat dan terpuji karena keunggulannya untuk teknik lain seperti kesederhanaan desain, pengoperasian yang mudah, dan biaya rendah.
Efisiensi pemisahan bergantung pada porositas internal dan sifat permukaan adsorben padat karena peran kuncinya dalam penyerapan gas. Atau, sifat molekuler dari adsorben seperti afinitas kimia atau ukuran molekul dari komponen yang dipisahkan memainkan peran penting dalam proses pemisahan.
Pemisahan dan pemurnian, sementara itu, melibatkan adsorpsi selektif spesies tertentu dari campuran gas. Juga, penyimpanan gas memerlukan tekanan tinggi karena pertimbangan kapasitas volumetrik bahan berpori dan kebutuhan untuk mengirimkan gas pada tekanan sekitar atau di atas.
Bahan nanopori telah menarik minat besar di kalangan komunitas ilmu material, teknik kimia, dan kimia karena sifat-sifatnya yang sangat baik seperti luas permukaan yang tinggi, volume pori yang besar, dan kimia permukaan yang spesifik. Istilah nanopori mengacu pada bahan apa pun dengan ukuran pori di bawah ~ 100 nm.
Menurut Pedoman IUPAC
Menurut pedoman International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), material berpori mencakup baik mikropori (<2 nm) dan mesopori (2-50 nm). Sesuai data literatur, bahan berpori seperti zeolit, karbon, aluminofosfat, nanotube karbon, gel silika, lempung berpilar, resin anorganik dan polimer, MOFs, dan komposit MOFs telah diselidiki sebagai adsorben.
Dalam industri beberapa adsorben sekarang digunakan untuk aplikasi yang berbeda. Dalam literatur, ulasan dan monografi yang relevan telah membahas proses sintesis, karakterisasi, dan sifat adsorpsi bahan berpori ini. Pentingnya bahan berpori untuk aplikasi yang berbeda diringkas dalam literatur, yang dapat membantu peneliti generasi berikutnya.
Sifat-Sifat
Sifat-sifat aneh dan menakjubkan ini telah menyoroti potensi bahan ini dalam berbagai aplikasi dan khususnya di bidang aplikasi pemisahan dan penyimpanan gas. Zeolit secara tradisional disebut sebagai keluarga bahan aluminosilikat kerangka terbuka yang terdiri dari mikropori yang terdistribusi secara teratur dalam dimensi molekul.
Secara topologi, zeolit merupakan jaringan tiga dimensi dari sudut berbagi tetrahedral TO4 (“T” menunjukkan Si, Al, atau P yang terkoordinasi secara tetrahedral), dan cara penyambungan tetrahedra yang berbeda menyebabkan keragaman jenis kerangka zeolit berdasarkan berbagai komposisi.
Zeolit silikat terdiri dari Si terkoordinasi empat yang dijembatani oleh atom oksigen. Sampai saat ini, 235 jenis kerangka zeolit yang berbeda telah diidentifikasi dalam zeolit alam atau sintetis, yang masing-masing telah diberi kode tiga huruf oleh Asosiasi Zeolit Internasional.
Berikutnya:
Selanjutnya, untuk sintesis membran zeolit pada penyangga berpori, teknik hidrotermal in-situ dan ex-situ (pertumbuhan sekunder) adalah proses yang terkenal dan lebih populer di antara rute sintesis lainnya. Dalam kasus proses hidrotermal in situ, pendukung berpori direndam ke dalam larutan sintesis, dan lapisan membran dibentuk secara langsung melalui kristalisasi langsung dalam periode waktu yang sesuai.
Tetapi dalam proses ini, kemungkinan mendapatkan membran berkualitas tinggi pada penyangga lebih kecil. Jadi metode hidrotermal ex situ yang juga dikenal sebagai teknik pertumbuhan benih merupakan pendekatan yang efektif dan diterima untuk pengembangan membran yang lebih baik pada permukaan pendukung.