بخشی از مقاله
چکیده
گاز طبیعی اغلب دارای ناخالصی هایی نظیر دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می باشد که به این گاز ها،گاز اسیدی یا ترش می گویند که باعث خوردگی و مشکلات فراوان در دستگاهها می شود از این رو قبل از استفاده از گاز طبیعی باید آن را تصفیه کرد و حذف گازهای اسیدی در صنایع نفت ، گاز و پتروشیمی از اهمیت بالایی برخوردار است . جهت تصفیه گازهای اسیدی از حلالهای آمینی در برجهای جذب انجام می شود . در این مقاله فرآیند شیرین سازی گاز با محلول منو اتانول آمین توسط نرم افزار هایسیس شبیه سازی شده است و نتایج شبیه سازی شده و دیتاهای واقعی با هم مقایسه شده اند و همچنین تاثیر آب خوراک بویلر در برج جذب بررسی شده است .نتایج حاصل از این شبیه سازی نشان می دهد که با تغییر میزان فلوی آب خوراک بویلر در برج جذب یاعث تغییر در میزان ترکیبات خروجی دفع شده از برج احیا آمین می شود .
واژه های کلیدی: شیرین سازی گاز، BFW، منو اتانول آمین
.1مقدمه و مبانی نظری
گاز طبیعی حاوی مقداری دی اکسید کربن و هیدروژن سولفید می باشد که به گازی با این ترکیبات گاز ترش گویند.بنابراین جدا سازی این گاز ها برای ما اهمیت زیادی دارد زیرا باعث خوردگی درسیستم و تخریب محیط زیست و همچنین مشکلات فرایندی می گردد[1] . روشهای متعددی جهت حذف این ترکیبات از گاز وجود دارد که شامل الف- جذب فیزیکی و شیمیایی ب- جداسازی غشایی .ج- تبرید یا جداسازی در دمای پایین می باشد .[2,3]و روش حذف شیمیایی از بقیه روش ها پر کاربردتر و بهتر می باشد [1]و این روش بوسیله جاذب های آمین انجام می شود .گروه آمین شامل: الف -آمین های نوع اول که شامل منو اتانول امین - MEA - ودی گلیکول آمین - DGA - ب- آمین های نوع دوم از قبیل دی اتانول آمین - DEA - و ایزو پروپانول آمین - DIPA - ج- آمین های نوع سوم که شامل تری اتانول آمین - TEA - و متیل دی اتانول آمین - MDEA - که آمین های نوع اول قدرت جذب بیشتری نسبت به نوع دوم و سوم دارند زیرا عموما نوع اول واکنش پذیری بهتری با دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن دارند .[1]
جری ا بولین در سال 1981 بهینه سازی واحد شیرین سازی گاز با نرم افزار را با هدف بررسی بهنیه سازی اندازه ابزار و تجهیزات انجام دادند و ایشان دریافتند که برنامه شبیه سازی می تواند یک ابزار بسیار مفید در طراحی و تجزیه و تحلیل از واحدهای شیرین سازی گاز با آمین میباشد.علاوه بر این مشکلات روند وهمچنین بهینه سازی واحد نیز مورد مطالعه قرار گرفت بنابراین برنامه شبیه سازی با استفاده از محاسبات دقیق یه طور قابل توجهی می تواند در برطرف کردن مشکلات و کاهش هزینه عملیاتی به ما کمک کند .[4]لارس اریک در سال 2012 فرایند حدف دی اکسید کربن از گاز با جاذب آمین را ا نرم افزار اسپن هایسیس و اسپن پلاس شبیه سازی کرد . هدف مقایسه جذب دی اکسید کربن بود که پس از شبیه سازی با هر دو نرم افزار به نتایج نزدیک به هم دست یافتند[5] .
وایل ا فواد و همکاران در سال 2013 شبیه سازی واحد شیرین سازی گاز در ابوظبی را با هدف بررسی حلال آمین در جهت بهرهوری بیشتر واحد انجام دادند و دریافتند که بجای استفاده از محلول MDEA خالص 45 درصد از ترکیب محلول MDEA با درصد وزنی 40 درصد و 5 درصد وزنی محلول TEA استفاده کنند که ببا این تغییرات باعث کاهش هزینه محلول MDEA شده و همچنین بهینه سازی در شیرین سازی گاز می شود .[6]آیاز محمد و همکاران در سال 2013 شبیه سازی فرآیند شیرین سازی گاز با نرم افزار اسپن هایسیس را با هدف بهینه سازی جهت کاهش هزینه انجام دادند .
ایشان دریافتند که با افزایش مقدار دی اکسید کربن در گاز ورودی اندازه تجهیزات مثل قطر برج جذب ،سطح مبدل نیز باید افزایش یابد که با این تغییر به مقدار مطلوب شیرین سازی نیز دست یافتند .[7]لارس اریک و همکاران در سال 2014 شبیه سازی آمین با نرم افزار اسپن هایسیس را با هدف کاهش مصرف انرژی انجام دادند و مشاهده کردند که با تغییر در تعداد مراحل تعادلی ستون جذب و توان مبدل حرارتی در مصرف انرژی صرفه جویی میشود .[8 ] حسن قنبر آبادی و همکاران در سال 2015 شبیه سازی واحد شیرین سازی گاز پالایشگاه گاز ایلام را با هدف امکان سنجی استفاده از حلال سولفونول بجای حلال MDEA حاضر انجام دادند و ایشان دریافتند که حلال سولفونول دارای یک توانایی هتری در مقایسه با حلالهای شیمیایی MDEA دارد .[9]
در واحد های شیرین سازی با حلال منو اتانول آمین در بالای برج جذب آب خوراک بویلر تزریق میشود و این کار بدلیل بالا بودن فشاربخار منو اتانول آمین می باشد که بعلت بالا بودن فشار بخار مقداری از آمین به همراه گاز خروجی هدر میرود و جهت کاهش این هدر رفت مقداری جزیی آب به برج جذب تزریق میشود.در حال حاضردر واحد شیرین سازی گاز که در منطقه ویژه اقتصادی ماهشهر قرار دارد میزان کمی از پروپان و اتان از خروجی برج احیا بهمراه گاز های اسیدی بمست فلر رفته و می سوزد که باعث هدر رفت انرژی می شود و در این مقاله با بررسی میزان فلوی آب خوراک بویلر به برج جذب به مقدار بهینه رسیدیم که هم باعث کاهش اتلاف گاز می شود و هم در مقدار آب خوراک بویلر صرفه جویی می شود.
.2 روش و مراحل تحقیق
.2.1 شرح فرآیند
در سیستم تخلیص منو اتانول آمین جریان اتان - جدول - 1 از پایین برج جذب وارد میشود و محلول آمین - جدول - 2 از بالای برج از سینی 22 به طرف پایین برج جریان می یابد و گاز شیرین از بالای برج خارج می شود .و از سینی 26 نیز آب بویلر - جدول - 3 با فشار بالا وارد برج جذب می شود برج جذب در فشار 17 بار کار میکند .آمین انباشتی از پایین برج وارد مبدل پیش گرم آمین - Amine heater - شده و دمای آن از39 به 100 می رسد و با آمین برگشتی از برج دفع تبادل حرارت می کند .و آمین انباشتی قبل از وارد شدن به برج جذب فشار آن توسط یک شیر فشار شکن به 1.7 بار میرسد و سپس وارد برج می شود و برج دفع در فشار تقریبی 1.7 بار و دمای بین 120-100 درجه استریپ می شود و آمین رقیق خروجی از ته برج در ریبویلر توسط استیم فشار پایین حرارت داده شده و بخاری را تولید میکند که در داخل برج باعث جداسازی دی اکسید کربن و هیدروژن سولفید از حلال می شود و گاز اسیدی از بالای برج دفع به سمت کندانسور هدایت شده و آمین برگشتی به سمت برج جذب بدلیل اینکه دمای بالایی دارد جهت کاهش دما ابتدا در مبدل پیش گرم آمین تبادل حرارت کرده و دمای آن کاهش می یابد و سپس در یک مبدل دیگر - Amine cooler - با آب کولینگ دمای آن کمتر شده و بعلت اینکه فشار کمتری نسبت به برج جذب دارد جهت هدایت به برج جذب نیاز به یک پمپ دارد که یک پمپ در سیستم تعبیه شده و آمین رابا فشار 20 بار و دمای 43 درجه به برج جذب می فرستد . گاز اسیدی نیز از بالای برج دفع به سمت کندانسور می رود و بعلت خورنده بودن گاز اسیدی تیوپ های کندانسور از جنس استیل انتخاب شده اند و پس از عبور از کندانسور قسمتی از مایع به تاور دفع رفلاکس شده و بخارات آن به سمت فلر گاز ترش فرستاده می شود.در شکل 1 شماتیک واحد شیرین سازی گاز مشاهده می گردد.
.2.2 شبیه سازی واحد
برای شبیه سازی از نرم افزار ASPEN HYSIS V 8.6 استفاده شده است و مدل ترمودینامیکی بنام ACID GAS انتخاب شده است .و در این مدل سیستم ترمودینامیکی آمین - گازهای اسیدی -آب مدل شده و با در نظر گرفتن بازده هر سینی ، محاسبات سینی یه سینی انجام میشود.محاسبات هر دوبرج با در نظر گرففتن بازده سینی های غیر تعادلی ، سنتیک واکنش ها و پارامترهای انتقال جرم انجام می شود که فقط مدل ترمودینامیکی ACID GAS ضمن در نظر گرفتن این موارد و حالت یونی مواد ، فرآیند شیرین سازی گاز را شبیه سازی می کند.[ 7]
