بخشی از مقاله
چکیده
معادلات حالت مولکولی نسبت به معادلات حالت درجه سه، از پیچیدگی و در اغلب موارد از دقت بالاتری، برخوردار هستند. معادله حالت SAFT، یک معادله حالت مولکولی است که در زمینه های مختلف، از جمله پیشبینی تعادل بخار مایع، در سی ستمهای مختلف، به کار گرفته می شود. در این معادله حالت، برای مواد غیر تجمعی، به سه پارامتر قطر کره، تعداد کره های مولکول و انرژی بر هم کنش پراکندگی میان کره ها نیاز ا ست. برای مواد تجمعی، علاوه بر سه پارامتر ذکر شده، به دو پارامتر اضافی حجم پیوند و انرژی پیوند میان سایتها، نیز نیاز است.
از آنجاییکه تخمین دقیق انحلالپذیری ترکیبات آروماتیک در گلایکولها در واحدهای نمزدایی گاز طبیعی، حائز اهمیت میباشد، در این مقاله، میزان حلالیت دو ترکیب آروماتیک بنزن و تولوئن در حلال تری اتیلن گلایکول، به کمک مدل SAFT ، تخمین زده شده است. جهت مقایسه، نتایج از معادلات حالت PC-SAFT و Peng-Robinson نیز محاسبه شدهاند. پارامتر برهمکنش دوتایی برای این سیستم ها، به کمک دادههای آزمایشگاهی، به صورت بهینه، برازش شده است. نتایج به دست آمده از مدل، تطابق خوبی را با دادههای آزمایشگاهی نشان میدهند.
-1 مقدمه
نمزدایی یا رطوبتزدایی، یکی از مراحل پالایش گاز طبیعی است. بخار آب موجود در محلول گاز میبایست طی فرآیندی تحت عنوان عملیات نمزدایی از گاز طبیعی، تفکیک گردد. در این فرایند، بخار آب با استفاده از ماده نمزدا، جذب و جمع آوری میگردد. روش استاندارد برای نمزدایی گاز، جذب به کمک گلایکولها است. چهار نوع گلایکول در صنعت به منظور نمزدایی گاز مورد ا ستفاده قرار می گیرند. این گلایکولها شامل اتیلن گلایکول، دی اتیلن گلایکول، تری اتیلن گلایکول و تترا اتیلن گلایکول می با شند. خواص مولکولی گلایکول ها از جهاتی، از جمله قطبی بودن، م شابه با آب ا ست، بنابراین چنانچه در تماس با جریانی از گاز طبیعی قرار گیرد، رطوبت آب موجود در جریان گاز را جذب و جمع آوری مینماید.
هیدروکربنهای آروماتیک، ترکیباتی هستند که در ساختار آنها، تنها اتم های کربن و هیدروژن به کار رفته و تمامی آنها تضعیفکننده سیستم اعصاب مرکزی می باشند. هیدروکربنهای آروماتیک همچنین می توانند سبب تخریب مغز استخوان و تخریب عضلانی اسکلتی شوند. این گروه از ترکیبات شامل بنزن، مشتقات آن و همچنین ترکیباتی است که چند حلقه بنزنی متراکم داشته باشند. ح ضور هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقه ای در محیط زی ست یک تهدید جدی برای سلامت ان سانی و حیات وحش بوده، زیرا سرطانزایی بسیاری از این ترکیبات به اثبات رسیده است. یکی از منابع انتشار ترکیبات آروماتیک در اتمسفر، گازهای خروجی از برج احیا در واحدهای نم زدایی و شیرین سازی گاز طبیعی ا ست. با توجه به اینکه این ترکیباتقبلاً در برج جذب در محلول گلایکول جذب شده اند، تخمین دقیق انحلال پذیری ترکیبات آروماتیک 1 - BTEX - ، در گلایکولها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
در سال 1990، چندین برنامه جدید در ایالات متحده راه اندازی شد که بر اساس این برنامه ها و اصلاحات جدید، قانون هوای پاک، تاسیس و به تصویب رسید. بر این اساس، ترکیبات آروماتیکی شامل بنزن2، اتیل بنزن3، تولوئن4 و زایلن5 که به عنوان ترکیبات BTEX، شناخته می شوند، در فهر ست 189 آلاینده خطرناک هوا قرار میگیرند. محدودیت قرار داده شده برای کل ترکیبات آروماتیک، 25 تن در سال و برای هر یک از ترکیبات به صورت مجزا، 10 تن در سال می باشد .[1]
در اواخر دهه 1980، موسسه نفت امریکا 6 - API - و انجمن فرآورش گاز 7 - GPA - ، یک پروژه تحقیقاتی برای بررسی حلالیت هیدروکربن های سبک در آب و سی ستمهای خ شک کن معرفی کردند. بر ا ساس این مقررات جدید، تمرکز پروژه بر برر سی حلالیت ترکیبات آروماتیک در تری اتیلن گلایکول قرار گرفت. نتایج این کار در بخش گزارش تحقیقات GPA، منت شر شده است .[1] اطلاعات به دست آمده، بعدا به چندین شرکت، به منظور توسعه مدلهای کامپیوتری، برای تخمین انتشار این ترکیبات، از واحدهای احیا کننده گلایکول، پیشنهاد شد. از زمانیکه مطالعات اولیه در این زمینه آغاز شد، پروژه های تحقیقاتی نیز، در این زمینه افزایش یافته است.
روش ا ستاندارد برای نمزدایی گاز، جذب به کمک گلایکولها ا ست. ف شار بخار پایین، نقطه جوش بالا و انحلال پذیری پایین در گاز طبیعی از جمله دلایل استفاده از گلایکولها در صنعت نمزدایی گاز است. از میان گلایکولها، در حدود نود و پنج درصد مواقع، از تری اتیلن گلایکول استفاده میشود که به دلیل پایداری شیمیایی، هزینه پایین و واب ستگی بالا به آب ا ست. تری اتیلن گلایکول، یک ترکیب آلی از خانواده الکلهای دو عاملی ا ست و دارای سمی بودن بالا میباشد. به طور کلی، استفاده از تری اتیلن گلایکول، در صنعت نمزدایی گاز، رواج بی شتری یافته است. ترکیبات آروماتیک در گاز طبیعی به وسیله تری اتیلن گلایکول و در یک برج جذب، جذب می شوند.
یکی از منابع انتشار ترکیبات آروماتیک در اتمسفر، از پالایشگاه های گاز، واحد نمزدایی است. در واحد نمزدایی، ترکیبات آروماتیک در برج جذب وارد محلول تری اتیلن گلایکول شده و در برج احیا به اتمسفر دفع میشوند. از این رو، تخمین دقیق میزان حلالیت ترکیبات آروماتیک در تری اتیلن گلایکول از اهمیت بالایی برخوردار است. با توجه به پیچیدگی ساختار مولکولی و در نتیجه رفتار سیستم های مورد نظر - به عنوان مثال بروز پدیده تجمع - 1، بایستی از مدل های ترمودینامیکی پیچیده تر با توانایی بالاتر استفاده نمود. بنابراین، در این کار، تخمین میزان حلالیت تولوئن و بنزن در تری اتیلن گلایکول، با استفاده از معادله حالت 2SAFT، پیشنهاد شده است.
ویرایش های مختلفی از مدل SAFT، وجود دارد که در این کار، از ویرایش هوانگ و رادوز3، استفاده شده است .[2] پژوهش های مختلفی در زمینه تخمین انحلال پذیری ترکیبات آروماتیک در گلایکولها، صورت گرفته است که در اینجا به تعدادی از آنها که بیشترین ارتباط را با تحقیق حاضر دارند، اشاره خواهد شد: در سال 2015، فران سی سکا 4 و همکاران، سی ستمهای مختلف دو و سه جزئی مت شکل از ترکیبات دکان، تولوئن، تری اتیلن گلایکول و دی اتیلن گلایکول را مورد بررسی قرار دادند. آنها، این سیستمها را به کمک معادلات حالت NRTL و UNIQUAC، مدلسازی و همچنین داده های آزمایشگاهی تعادل مایع مایع را برای این دو سیستم، در فشار اتمسفریک و در دو دمای 303/15 و 333 /15 کلوین، گزارش کردند. آنها همچنین مقادیر محاسبه شده از مدلسازی را با داده های آزمای شگاهی، مقای سه و نتایج را گزارش کردند.
ضریب برهمکنش دوتایی برای این سی ستمها، برازش و گزارش شده ا ست. انحراف کلی محاسبه شده برای معادله حالت NRTL ، 1/0239 و برای معادله حالت UNIQUAC، 1/5185، گزارش شده است .[3] در سال 2009، خ سروانی پور و همکاران، سی ستم های شامل آب، تولوئن و تری اتیلن گلایکول را به کمک معادلات حالت NRTL، Van Laar و UNIQUAC، مدلسازی و همچنین داده های آزمایشگاهی برای این دو سیستم را در فشار 85 کیلو پا سکال و در بازه دمایی 148 /1-124/8درجه سل سیوس گزارش کردند. آنها همچنین، نتایج حا صل از مدل سازی را با نتایج آزمای شگاهی مقای سه نمودند.
میزان خطای گزارش شده برای مدل NRTL، 0/392 ، برای مدل Van Laar، 21/913 و برای مدل UNIQUAC، 0/635، .[4] در سال 2009، بریل5 و همکاران، سیستم های متشکل از تری اتیلن گلایکول و چندین سیستم متفاوت نظیر تولوئن و بنزن، را با مدل 6CPA ، مورد بررسی قرار دادند. آنها، فشار بخار و حجم مولی ماده خالص تری اتیلن گلایکول را بر حسب تابعی از دما و به کمک داده های آزمایشگاهی، محاسبه و نتایج را به صورت نمودار، گزارش کردند. همچنین ضریب برهمکنش دوتایی برای سیستمهای مذکور، ارائه شده است .[5]
