بخشی از مقاله
چکیده
کوره ها ، اصلی ترین مصرف کننده انرژی در فرآیندهای پتروشیمی و پالایشگاهی هستند که در اکثر این فرآیندها سهم مصرف انرژی کوره ها در حدود 25درصد است . در پالایشگاه های نفت و گاز ، که از مراکز اصلی تولید انرژی در کشور می باشند ، گاز هیدروژن سولفید موجود در گاز های اسیدی خروجی از واحد شیرین سازی ، در واحد بازیافت گوگرد، به گوگرد عنصری تبدیل می گردد .
فرآیند کلاوس به دلیل نقش کلیدی که در تبدیل سولفید هیدروژن به گوگرد وکاهش انتشار آن به اتمسفر دارد از دیدگاه محیط زیستی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. کوره واکنش به عنوان قلب تپنده این واحد بیشترین مصرف انرژی جهت رسیدن به دمای مطلوب برای انجام این واکنش را دارد. در این مقاله ضمن بررسی راهکارهای مختلف افزایش دمای کوره واکنش ، هر یک از نقطه نظر صرفه جویی در مصرف انرژی - گاز متان - با استفاده از نرم افزار پرومکس مورد بررسی قرار گرفته است . نتایج حاصله بیانگر آن است که این راهکارها نقش قابل ملاحظه ای درکاهش انرژی مصرفی در این واحد را به همراه خواهند داشت.
مقدمه
فرآیند کلاوس در حال تبدیل شدن به پرمصرف ترین فن آوری تبدیل سولفید هیدروژن به گوگرد عنصری است .[1] وظیفه این فرآیند تولید گوگرد عنصری از سولفید هیدروژن و یا به صورت کلی تر از محصول جانبی فرآیند های شیرین سازی گاز در پالایشگاه ها و یا مجتمع های شیمیایی ، سیستم های فراورش گاز است
فرآیند کلاوس شامل یک کوره واکنشی ، یک دیگ بازیافت حرارت و یک سری تبدیل کننده کاتالیستی و کندانسور می باشد - شکل - 1 واکنش کلی فرآیند به صورت زیر است :
در مرحله اول ، یک سوم از سولفید هیدروژن ورودی در کوره واکنش که در ابتدای فرآیند کلاوس قرار دارد ، تبدیل به SO2 می شود، واکنش اصلی اکسیداسیون بصورت زیر است :
همچنین حدود 60 درصد از SO2 حاصله از واکنش - 2 - ، طبق واکنش زیر با گاز H2S واکنش داده و به گوگرد عنصری تبدیل می گردد.
شکل - 1 شکل شماتیک فرآیند بازیافت گوگرد به روش کلاوس [2]
پس از کوره واکنشی ، دیگ بازیافت حرارت قرار دارد که با سرمایش محصولات گازی حرارت را بازیافت می نماید و گوگرد تولید شده در کوره را پس از میعان از جریان گاز جدا می کند . در مرحله دوم که کاتالیستی می باشد SO2 و H2S واکنش نداده در مجاورت کاتالیست آلومینا در راکتور بستر ثابت واکنش داده وتبدیل به گوگرد عنصری می گردد 4]و.[3 دستیابی به درصد تبدیل بالا برای واکنش گرمازا و تعادلی فوق مستلزم دمای پایین است ، اما اگر دما پایین باشد سرعت واکنش نیز کاهش می یابد .
بنابراین استفاده از کاتالیست ضروری است. حتی با این شرایط، دستیابی به بازده بالا احتیاج به واکنش چند مرحله ای با سرد سازی میانی وچگالش دارد [5] .جهت دستیابی به حداکثر تبدیل در راکتورهای کاتالیستی، گوگرد تشکیل شده در مراحل مختلف فرآیند کلاوس تبدیل به مایع شده و بازیابی می گردد. به عنوان یک قاعده کلی دمای کوره واکنش کمتر از دمای تحمل ماده نسوز 1600 - درجه سانتیگراد - و بالاتر از حداقل دمای پایداری کوره 926 - درجه سانتیگراد - تنظیم می گردد .
اما دستیابی به این دمای پایدار در شرایطی که خوراک اسیدی دارای مقادیر پایینی از H2S است دشوار می باشد و بدین منظور می بایست تمهیدات خاص در نظر گرفته شود . روشهای متفاوتی برای فرآوری جریان های گاز اسیدی رقیق موجود است از جمله می توان به تغلیظ گاز اسیدی ، استفاده از پیش گرم کردن گازاسیدی ، استفاده از سوخت گازی ، غنی سازی اکسیژن هوای ورودی به کوره اشاره کرد 8]و. [7 در این مقاله ابتدا به بیان این راهکارها پرداخته شده سپس اثر هریک بر روی دمای کوره واکنش مورد بررسی توسط نرم افزار پرومکس در یک واحد پالایشگاهی پرداخته می شود.
تغلیظ هیدروژن سولفید موجود در گاز اسیدی :
هدف از انجام این روش ، افزایش نسبت جریان مولی H2S به جریان مولی CO2 به منظور جلوگیری از غیرفعال شدن کاتالیست ها و کاهش مصرف انرژی در واحدهای بازیافت گوگرد می باشد . استفاده از یک خوراک با درصد بالای H2S در واحد بازیافت گوگرد مزایای متعددی از جمله پایداری شعله کوره واکنش ، افزایش دمای کوره واکنش و افزایش ظرفیت خوراک اسیدی واحد را به دنبال دارد .
همچنین با افزایش مقدار H2S و در نتیجه کاهش CO2 میزان واکنش H2S با CO2 و تولید COS در کوره کاهش یافته و مصرف انرژی در واحدهای بازیافت گوگرد نیز تاحدقابل ملاحظه ای کاهش می یابد . [9 ] همان طور که در جدول - 1 - مشاهده می شود ، در حدود 30% از گاز اسیدی ورودی به واحد بازیافت گوگرد - نمونه از یک واحد پالایشگاهی - را هیدروژن سولفید H2S تشکیل می دهد و درصد زیادی از آن شامل دی اکسید کربن CO2 و گازهای دیگر است . از این رو جهت افزایش غلظت هیدروژن سولفید می توان از شیرین سازی توسط آمین نوع دوم دی اتانول آمین - DEA - که جاذب دی اکسید کربن است در یک برج جذب استفاده نمود . با جذب
دی اکسید کربن CO2 موجود در گاز اسیدی ، غلظت هیدروژن سولفید افزایش می یابد . آمین دریک برج دفع نیز دوباره احیاء می گردد و گاز اسیدی که غلظت هیدروژن سولفید H2S آن افزایش یافته از بالای برج جذب به واحد بازیافت گوگرد ارسال می شود.
درصد هیدروژن سولفید گاز اسیدی به تغیرات دمای کوره واکنش:
همانطور که در نمودار - 1 - مشاهده می گردد با افزایش غلظت هیدروژن سولفید H2S موجود در گاز اسیدی دمای کوره واکنش افزایش می یابد . به دلیل افزایش هیدروژن سولفید ، هوای مورد نیاز برای احتراق 1/3 هیدروژن سولفید نیز افزایش یافته و از آنجا که واکنش احتراق - واکنش - 1 به شدت گرمازا بوده ، با افزایش واکنش دهنده ها، گرمای تولید شده از واکنش نیز افزایش می یابد که باعث کاهش میزان مصرف گازسوختی - متان - می گردد
