بخشی از مقاله
بهینه سازي فرایند آبزدایی از گاز طبیعی به کمک محلول گلایکول جهت
کاهش نشر ترکیبات 1BTEX به محیط
چکیده
کنترل نشر ترکیبات BTEX از واحدهاي آبزدایی به کمک محلول گلایکول، تبدیل به یک موضوع مهم در صنعت گاز طبیعی شده است. حلالیت ترکیبات آلی فرار و BTEX که در گاز طبیعی وجود دارند، در گلایکولها بالا است. بنابراین واحدهاي آبزدایی توسط گلایکول یکی از منابع بزرگ نشر این ترکیبات خطرناك به اتمسفر میباشند. روشهاي مختلفی براي مینیمم کردن نشر این آلاینده ها وجود دارد نظیر کاهش سرعت سیرکولاسیون گلایکول، نصب فلاش تانک جداکننده و انتخاب گلایکولی که حلالیت این ترکیبات در آنها کمترین باشد. در مقاله حاضر واحد نمونه آبزدایی به کمک گلایکول توسط نرم افزار HYSYS در دو حالت مختلف ( استفاده از فلاش تانک جداکننده و حالت دیگر که از شیر فشار شکن جهت کاهش فشار و عملیات فلاش استفاده میکند) مدل شده است و تاثیر پارامترهاي فرایندي در کاهش نشر این ترکیبات به اتمسفر مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اتلاف گلایکول و بار حرارتی ریبویلر برج بازیابی نیز بهینه سازي شده است.
کلمات کلیدي
آبزدایی، محلول گلایکول، BTEX
مقدمه
وجود آب در گاز طبیعی امري اجتناب ناپذیر است. گاز خروجی از چاه اغلب همراه آب میباشد. همچنین طی فراوري گاز طبیعی نیز آب میتواند وارد جریان گاز شود نظیر فرایند شیرینسازي گاز با استفاده از محلولهاي آمین که جریان گاز را از آب اشباع میکند. وجود آب در گاز طبیعی میتواند سبب تشکیل هیدرات و خوردگی شود.
هیدراتها جامدهاي سخت شبیه به یخ میباشند که میتوانند خط لوله را مسدود کرده و به تجهیزات فرایندي آسیب هاي جدي برسانند. هیدراتها در شرایط فشار بالا و دماي پایین تشکیل میشوند.[1]
فرایندهاي مختلفی براي حذف آب از گاز طبیعی معرفی شدهاند، مثل فرایندهاي جذب سطحی با استفاده از جاذبهاي جامد، فرایندهاي برودتی و استفاده از غشا. اما رایجترین فرایند آبزدایی استفاده از جاذبهاي مایع نظیر محلولهاي گلایکول میباشد که میتواند با بسترهاي جامد جاذب نظیر سیلیکا، غربال مولکولی و آلومینا که در اواخر دهه 1950 معرفی شدند، تکمیل شود.[2]
گلایکولها، ترکیبات آروماتیک نظیر بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلنها (BTEX) را از جریان گاز طبیعی جذب میکنند. BTEX به همراه ترکیبات آلی دیگر نظیر هگزان، سیکلوپنتان، هپتان و سیکلوهگزان، که تحت عنوان آلایندهها شناخته میشوند، مجموعا ترکیبات آلی فرار (VOC) نامیده میشوند. حد مجاز نشر این آلایندهها از واحدهاي آبزدایی 10 تن در سال براي هر کدام از آلایندهها یا 25 تن در سال براي کل آلایندهها میباشد. BTEX به خاطر حضور در گاز طبیعی و حلالیت در محلولهاي گلایکول، عموما بیشترین اهمیت را دارند.[3]
معرفی گلایکولها
چندین نوع گلایکول براي مصارف تجاري مناسب شناخته شدهاند. مونواتیلنگلایکول1،دياتیلنگلایکول2،
ترياتیلنگلایکول3 و تترااتیلنگلایکول4 رایجترین گلایکولها براي فرایند آبزدایی هستند. گلایکولها نقطه جوش بالاتري نسبت به آب دارند و فشار بخار آنها پایینتر است. گلایکولها در دماي بالا تخریب میشوند. دماي تخریب، ماکسیمم دمایی را که فرایند در آن انجام میشود، محدود می کند. این امر بویژه در ریبویلر برج بازیابی گلایکول بسیار اهمیت دارد.
در آبزدایی از گاز طبیعی، ترياتیلنگلایکول به مراتب بیشتر استفاده میشود. ترياتیلنگلایکول اغلب خواص ذکر شده را دارا میباشد و نیز امتیازات دیگري در مقایسه با دیگر گلایکولها دارد. دياتیلن گلایکول کمی ارزانتر از ترياتیلنگلایکول است ولی فشار بخار بیشتري دارد و اتلاف آن نیز بیشتر است. ترياتیلنگلایکول میل ترکیبی کمتري با آب دارد و بنابراین نقطه شبنم را کمتر کاهش میدهد. تترا اتیلنگلایکول قیمت بالاتري دارد و از ترياتیلن گلایکول ویسکوزتر است. ویسکوزیته بالاتر هزینه پمپ کردن را بالا میبرد. به عبارت دیگر تترا اتیلنگلایکول فشار بخار کمتري دارد که اتلاف را کاهش میدهد.
ضوابط انتخاب گلایکول
انتخاب گلایکول براي آبزدایی از گاز طبیعی ممکن است بر اساس فاکتورهایی مثل قدرت آبزدایی، اتلافهاي گلایکول در برج جذب و بازیاب، و جذب ترکیبات آلی فرار باشد. رایجترین گلایکول مورد استفاده ترياتیلن گلایکول میباشد. دياتیلنگلایکول و اتیلنگلایکول نیز ممکن است در این فرایند استفاده شوند، هرچند دياتیلن گلایکول و اتیلنگلایکول به سبب میزان رطوبت مطلوب گاز خشک کمتر استفاده میشوند. ترياتیلنگلایکول دماي تخریب بالاتري دارد و میتواند بدون هیچ تغییر و اصلاحی در ریبویلر بازیابهاي استاندارد، تا غلظتهاي بالاتري بازیابی شود. هرچند اتیلنگلایکول و دياتیلنگلایکول میتوانند در سیستمهاي بازیابی ارتقاء یافته به مشخصات مورد نظر برسند. سیستمهاي ارتقاء یافته به سیستمهایی میگویند که قسمت بازیابی گلایکول آنها براي رسیدن به غلظت هاي بیشتر براي محلول گلایکول بهبود یافته است. استفاده از اتیلنگلایکول و دياتیلنگلایکول نشر ترکیبات BTEX
را کاهش میدهد، زیرا این ترکیبات در اتیلنگلایکول و دياتیلنگلایکول در مقایسه با ترياتیلنگلایکول حلالیت کمتري دارند. جدول 1 حلالیت نسبی بنزن و تولوئن را در سه گلایکول نشان میدهد.[4]
جدول .1 حلالیت بنزن و تولوئن در گلایکولها
فرآیند آبزدایی به کمک محلول گلایکول
اساسا فرایند جذب به کمک مایعات جاذب یک فرایند دو مرحلهاي است. در مرحله اول، آب از گاز در یک برج چند مرحلهاي جذب میشود و سپس حلال در برج دوم بازیابی میشود. این حلال براي جذب آب از خوراك گازي، بار دیگر به برج اول باز گردانده میشود. یک فلودیاگرام ساده شده براي فرایند آبزدایی به کمک محلول گلایکول در شکل 1 نشان داده شده است.
واحد آبزدایی از گاز طبیعی توسط گلایکول در فشار نسبتا بالا در کنتاکتور و فشار پایین در بازیاب عمل میکند. قسمت فشار بالا شامل یک برج تماس دهنده گلایکول1 و یک جداکننده ورودي2 است. قسمت فشار پایین شامل بازیاب و یک فلاش تانک جداکننده و تجهیزات مربوطه است.[1]
در آبزداهاي مرسوم گاز طبیعی تر وارد یک جداکننده دو فازي میشود و هیدروکربنهاي مایع را از جریان گاز جدا میکند. محصول مایع به یک تانک ذخیره براي فروش تغذیه میشود و گاز تر وارد برج جذب میشود. گلایکول تازه در تماس با گاز طبیعی تر، ترکیباتی مثل آب، متان، آلایندههاي هوا مثل BTEX، نرمال هگزان و ترکیبات آلی فرار را جذب میکند. گلایکول غنی شده به قسمت بازیابی میرود و ترکیبات جذب شده را آزاد میکند و براي استفاده مجدد آماده میشود. فرایند شامل پمپ فرایند، ریبویلر و ستون تقطیر و چند مبدل حرارتی میباشد.[1]
شکل .1 واحد نمونه آبزدایی توسط گلایکول
شبیه سازي واحد نمونه آبزدایی از گاز طبیعی
در این قسمت واحد نمونه آبزدایی به کمک محلول گلایکول که متعلق به پالایشگاه گاز ایلام میباشد توسط نرم افزار HYSYS مدل شده است. PFD مدل شده توسط نرم افزار در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل PFD .2 شبیه سازي شده توسط نرم افزار HYSYS
مینیمم کردن نشر آلایندهها
براي بررسی میزان نشر آلایندهها دو حالت کلی مورد بررسی قرار میگیرد.
1. واحد آبزدایی که داراي تانک جداکننده است.1
2. واحد آبزدایی بدون تانک جداکننده که عملیات کاهش فشار در آن با استفاده از یک شیر فشار شکن انجام
میشود.
براي این منظور واحد فوق براي دياتیلنگلایکول و اتیلنگلایکول دوباره مدل شدند و سعی شده که پارامترهاي عملیاتی ثابت نگه داشته شود تا بتوان مقایسه دقیقتري انجام داد. این پارامترها در جدول 2 خلاصه شدهاند.
بررسیهاي انجام شده شامل بررسی و مقایسه تاثیر نوع گلایکول و سرعت سیرکولاسیون آن بر میزان آبزدایی، نشر BTEX و بار حرارتی ریبویلر میباشد. در تمامی بررسیهاي انجام شده از معادله حالت Peng Robinson استفاده شده است و نتایج حاصل در جدولهاي 4 و 5 خلاصه شدهاند. همچنین در جدول 3 ترکیب درصد BTEX گاز ورودي لیست شده است.
