بخشی از مقاله
چکیده
عملکرد واحد بازیافت گوگرد شدیداً متأثر از کیفیت گاز اسیدی ورودی به این واحد است که این گاز در برج احیاء واحد تصفیه گاز ترش تولید میشود و هرچه نسبت سولفید هیدروژن به دی اکسید کربن در این گاز بیشتر باشد، مشکلات کمتری در واحد بازیافت گوگرد وجود خواهد داشت و راندمان تولید گوگرد افزایش خواهد یافت و از طرفی با غنی سازی هرچه بیشتر این گاز، انتشار H2S به اتمسفر کاهش یافته به حداقل خواهد رسید. غنیسازی گاز اسیدی همانند تصفیه گاز ترش نیازمند حلال میباشد که در این تحقیق با استفاده از حلالی آمینی به همراه فعال کننده، چهار ساختار متفاوت برای طراحی و احداث یک واحد مجزای غنیسازی گاز اسیدی برای مجموع گازهای اسیدی حاصل از 5 واحد تصفیه گاز ترش پالایشگاه خانگیران پیشنهادشده است.
در این واحد از حلال مخلوط 45 %وزنی متیل دی اتانول آمین و 37 %وزنی سولفولان در محیط آبی استفاده شده است. ساختار حاوی برج جذب، احیا و جریان برگشتی گاز غنیشده به یک برج جذب مجزا و مستقل بهعنوان بهترین ساختار شناساییگردیده است که درواقع یک ساختار غنیسازی دوگانه - غنیسازی در غنیسازی - محسوب میشود که در صورت استفاده از حلال فوق با دبی 1315 متر مکعب در ساعت میزان H2S در گاز اسیدی را از 32/28 به بیش از 78 درصد مولی ارتقا میبخشد که سهم بسزائی در کاهش انتشار H2S به اتمسفر خواهد داشت.
.1 مقدمه
بسیاری از مخازن گاز طبیعی ترش شامل مقادیر قابل توجهی دی اکسید کربن - - CO2 می باشد. CO2 در واحد بازیافت گوگرد به عنوان یک ماده بی اثر عمل می کند. همچنین در اغلب واکنش های شیمیایی در این واحد شرکت نمی کند، اما از لحاظ ترمودینامیکی بسیاری از واکنش های تولید گوگرد را تحت تاثیر قرار می دهد. حضور CO2 در خوراک واحد بازیافت گوگرد اغلب واکنش ها را به تاخیر می اندازد و راندمان درصد تبدیل به گوگرد عنصری را کاهش می دهد
علاوه بر آن وجود مقادیر زیادی از CO2 در خوراک واحد بازیافت گوگرد، باعث عدم پایداری شعله در محفظه احتراق می شود. در بدترین حالت مقادیر زیاد CO2 در خوراک، می تواند شعله محفظه احتراق راکاملاً سرد و خنک سازد. کاهش دمای کوره از علل دیگر وجود مقادیر زیاد CO2 در خوراک این واحد محسوب می شود که در بعضی از شرایط می تواند حتی منجر به سوختن ناقص سولفید هیدروژن - H2S - نیز بشود
با توجه به توضیحات ارائه شده، کیفیت خوراک واحد بازیافت گوگرد که گاز اسیدی می باشد، برای رسیدن به بیشینه راندمان بازیافت گوگرد شدیداً موثر است. به همین علت هرچه گاز اسیدی از H2S غنیتر باشد و یا به عبارتی نسبت H2S / CO2 آن بیشتر باشد، برای ورود به واحد بازیافت گوگرد بسیار مناسبتر است و مشکلات عملیاتی این واحد را تا حد زیادی کاهش و راندمان تولید گوگرد را تا حد زیادی افزایش میدهد.
عملیات شیرین سازی گاز ترش در پالایشگاههای گاز در واحدی به نام واحد تصفیه گاز و به روشهای مختلفی انجام پذیرفته که جذب به کمک حلال شیمیایی، از رایجترین این فرآیندها میباشد.
در حال حاضر حلال های آمینی به عنوان رایج ترین حلال های شیمیایی به طور گسترده ای در صنعت نفت و گاز، جهت جداسازی گازهای اسیدی H2S - و - CO2 از گاز ترش استفاده می شود. در تعدادی از فرآیند های شیرین سازی از ترکیبی از حلال فیزیکی و حلال شیمیایی استفاده می شود که بدین وسیله می توان از مزیت های هر دو نوع حلال استفاده نمود.
علیرغم اینکه آمینهایی همچون متیل دی اتانول آمین - - MDEA مزایای فراوانی نسبت به دیگر آمینهای مرسوم در صنعت شیرین سازی گاز ترش دارند اما واحدهای آمینی همچنان از مصرف انرژی و هزینههای عملیاتی زیاد رنج میبرند و اگر با بهکارگیری روشهای مختلف بتوان تأثیرات منفی عواملی همچون میزان و غلظت آمین در گردش، بار حرارتی ریبویلر ها، اختلاف فشار مابین برجهای جذب و دفع و... را به نحوی کاهش داد، گام بسیار مهم و حائز اهمیتی در واحدهای تصفیه گاز به روش آمینی محسوب خواهد شد.
با توجه به اینکه امروزه در اکثر پالایشگاههای گاز به دنبال راهکاری برای صرفهجویی در بخشهای اقتصادی، انرژی و تولید کیفیت مناسب هستند، در سالهای اخیر استفاده از فعالکنندههای آمینی و نیز مخلوط آمینها در جهت نیل به هدف فوق گسترشیافته است که یکی از مناسب ترین فعال کننده های آمینی که جهت حذف CO2 از جریان گاز اسیدی می تواند مورد استفاده قرار بگیرد، ماده سولفولان است.
ماده شیمیایی تترا متیلن سولفون - - TSM یا سولفولان - sulfolane- C4H8O2S - توسط شرکت نفتی شل در اواخر 1950 برای استفاده در تصفیه بوتادین مورداستفاده قرار گرفت که اتحادیه بینالمللی شیمی محض و کاربردی - - IUPAC نام دیاکسید تترا هیدروتیوفن را ارائه نمودند که یک حلال فیزیکی است. این ماده یک حلقه پنجضلعی است که SO2 یکگوشه و چهار CH2 گوشههای دیگر را تشکیل دادهاند و با نام تجاری سولفولان شناختهشده است. سولفولان به شکل خالص مایعی بیرنگ است اما در صنعت، در اغلب موارد بهصورت زرد رنگ میباشد.
ماده فعالساز سولفولان به حلالهای آمینی اضافه میشود که فرآیند سولفینول را تشکیل میدهد. این فرآیند شامل دو نوع سولفینول-دی و سولفینول-ام میشود.
در فرآیند سولفینول-دی - - Sulfinol-D از مخلوطی از سولفولان و دی ایزو پروپانول آمین - - DIPA که یک حلال شیمیایی است و آب بهعنوان حلال استفادهشده است. از این فرآیند زمانی استفاده میشود که جداسازی H2S ، CO2 و COS بهطور کامل مدنظر است.
در فرآیند سولفینول-ام - - Sulfinol-M هم از مخلوط MDEA، سولفولان و آب بهعنوان حلال استفادهشده و در زمانی که جداسازی گزینش پذیر H2S در حضور CO2 و جداسازی بخشی از COS مدنظر است، استفاده میشود. هر دو نوع حلال مقدار گوگرد موجود در گاز تصفیهشده خروجی را تا حدی - محلول سولفینول-ام به کمتر از 40ppm حجمی - کاهش میدهند و توانایی جداسازی مرکاپتانها را نیز دارند. ممکن است در این فرآیند نسبت سولفولان، آب و حلال شیمیایی - DIPA یا - MDEA با توجه بهخصوصیات خوراک و مشخصات نهایی محصول تغییر کند
با توجه به قابلیت سولفولان در جذب ترکیبات گوگرددار بالأخص COS و CS2 و لذا عدم تخریب حلال آمینی توسط ناخالصیهای گوگرددار این فرآیند تأثیر بسزایی در کاهش مصرف آمین خواهد داشت.
قابل ذکر است که ضمن اشاره به مزایای فوق، نقطهضعف اساسی فرآیند جذب با حلال فیزیکی یعنی جذب هیدروکربنهای سنگین در روش سولفینول همچنان باقی خواهد بود.[9] در حال حاضر حدود 200 واحد از این فرآیند در جهان تحت بهرهبرداری است، که در بیشتر آنها از سولفینول-دی بهعنوان حلال استفاده کردهاند.
در این پژوهش، پالایشگاه خانگیران به عنوان نمونه مورد مطالعه انتخاب شده است و گاز اسیدی تولیدی در برج احیاء واحد تصفیه گاز این پالایشگاه که خوراک واحد بازیافت گوگرد می شود، جهت غنی سازی هرچه بیشتر، مورد بررسی و شبیه سازی توسط نسخه 8/6 نرم افزار Aspen-Hysys قرار گرفته است.
.2 معرفی پالایشگاه خانگیران به عنوان نمونه مورد مطالعه
شرکت پالایش گاز شهید هاشمی نژاد سرخس - خانگیران - در فاصله 180 کیلومتری شمال شرق شهر مشهد مقدس واقعشده است. اولین فعالیت اکتشافی در سال 1331 در منطقه خانگیران به وقوع میپیوندد و اولین چاه در سال 1341 به مخزن گاز شیرین شوریجه میرسد. پالایشگاه طی سالهای 1379 تا 1383 در چندین مرحله گسترشیافته است10]و .[11 در حال حاضر پالایشگاه شامل 5 واحد تصفیه گاز با بیشینه ظرفیت 50 میلیون مترمکعب استاندارد در روز - 50MMSCMD - ، 4 واحد بازیافت گوگرد با بیشینه ظرفیت تولید گوگرد روزانه 2600 تن و 2 واحد میعانات گازی که هرکدام روزانه 183/6 مترمکعب - 1155 بشکه در روز - میعانات شیرین دریافت میکند میباشد.
با توجه به اینکه پالایشگاه خانگیران دارای 10 خط موازی جهت شیرین سازی گاز ترش - در 5 واحد تصفیه گاز - میباشد، لذا گازهای اسیدی در تمام این 10 خط موازی میتواند با یکدیگر ادغام شود و توسط یک خط لوله به واحد جدیدی که جهت غنیسازی گاز اسیدی طراحی میشود هدایت گردد.
قابل ذکر است که هرکدام از این 10 خط موازی یکدیگر، میزان 742/2 kgmol/hr گاز اسیدی تولید می کند که با توجه به طراحی پیشنهادی جهت احداث واحد غنی سازی گاز اسیدی مجموعاً میزان 7422 kgmol/hr گاز اسیدی وارد واحد پیشنهادی جدید می شود.
جدول-1 آنالیز گاز اسیدی خروجی از برج دفع واحد شیرین سازی گاز ترش[12]
.3غنی سازی گاز اسیدی
برای غنیسازی گاز اسیدی به دو روش عمل میشود: الف - انتخاب حلال مناسب ب - تغییر در ساختار واحد
در این پژوهش از مخلوط 45 %وزنی MDEA و 37 %وزنی سولفولان در محیط آبی به عنوان حلال استفاده شده است و جهت غنی سازی هرچه بیشتر گاز اسیدی، چهار ساختار پیشنهادی جهت احداث واحد غنی سازی گاز اسیدی در پالایشگاه خانگیران معرفی و بررسی شده است.
- ساختار اول
در این حالت از یک برج جذب اولیه استفادهشده است. وظیفه این برج، جذب H2S از جریان گاز اسیدی و جداسازی CO2 و فرستادن آن به فلر میباشد. سپس جریان آمین غنی قبل از اینکه وارد مرحله احیا شود، وارد محفظه تبخیر - فلش درام - میشود
