بخشی از مقاله
چکیده:
سولفید هیدروژن از جمله آلاینده های سمی هوا با بوی مخصوص می باشد، مقدار قابل ملاحظه ای از این گاز در ارتباط با فعالیتهای صنعتی از قبیل پالایشگاه نفت، تصفیه خانه فاضلاب، تصفیه گاز ترش، صنایع کاغذ سازی و غیره تولید می شود.
در این تحقیق، واحد آمین پالایشگاه تبریز توسط نرم افزار هایسیس شبیهسازی شد و راندمان برج جذب پالایشگاه تبریز در شرایط دما و دبی خوراک مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در نرمافزار شبیهساز پارامترهای دما و دبی خوراک ورودی به برج جذب بررسی شده است و بهترین شرایط عملیاتی توسط نرمافزار هایسیس بهینهسازی شد. نتایج این تحقیق نشان میدهد که در شرایط عملیاتی دبی خوراک 3000m3/h و دمای 35 درجه سانتیگراد توسط دیاتانول-آمین بیشترین مقدار حذف سولفید هیدروژن - 99%/97 - بوده است.
.1 مقدمه
همانند اکثر واحدهای پالایشگاهی طراحی واحدهای شیرینسازی گاز طبیعی توسط محلول آمین از محاسبات فرآیندی پیچیدهای برخوردار است. در گذشته طراحی واحدهای شیرینسازی براساس تجربههای عملیاتی و محاسبات دستی صورت میگرفت. به منظور جبران تأثیر عدم دقت محاسبات دستی، شرایط طراحی در یک محدوده محافظه کارانهای در نظر گرفته میشد. با توجه به اینکه امروزه عوامل اقتصادی چه از نظر ساخت و چه از نظر بهرهبرداری طراحان را ملزم به رعایت دقت محاسباتی بالا مینماید، هر وسیله و ابزاری نظیر نرم افزارهای مختلف شبیهسازی که یک مکانیسم مناسب برای طراحی فرآیند و پیشبینی شرایط فرآیندی ارائه می دهد؛ بسیار مفید خواهد بود
به عبارت دیگر شبیهسازی یکی از راههای تعیین دقیق پارامترهای کلیدی فرآیند میباشد که برای تأیید و بهینهسازی روشهای طراحی مقدماتی ارائه شده بکار گرفته میشود. در طراحی فرآیندهای جدید نظیر جذب انتخابی، به دلیل محدود بودن تجربههای عملیاتی، قواعد مشخصی برای طراحی فرآیند وجود نداشته، بکار گرفتن نرم افزارهای شبیهساز بسیار مفید و تنها راه چاره میباشد
امروزه با رشد فنآوری رایانهای در بخشهای سخت افزاری و نرم افزاری آن، به نحو گستردهای از نرم افزارهای شبیهسازی در زمینه طراحی فرآیندها استفاده میشود. این به آن دلیل است که با شبیهسازی یک واحد توسط نرم افزار در اکثر موارد با صرف زمان کمتری، میتوان مجموعه کاملی از عملکرد فرآیند را درحالتهای مختلف پیشبینی کرد. از این طریق، کاهش هزینههای اضافی سرمایهگذاری ثابت - دستگاههای اضافی - و کاستن از هزینههای عملیاتی، از طریق کاهش مصرف انرژی، قابلیت انعطاف بیشتری را در فرآیند بوجود آورده و نقطه بهینه عملیات را از لحاظ هزینهها، ایمنی، محیط زیست و غیره بدست میآورد
برای رسیدن به طراحی بهینه برای هر سیستم مشخص، چندین پارامتر عملیاتی باید مورد بررسی قرار گیرد. البته شرایط گاز شیرین به میزان زیاد، پارامترهای عملیاتی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. هدف از این تحقیق کاهش خوردگی در تاسیسات فرآورش گاز توسط آلکانول آمینها میباشد و همچنین میزان ذخیرهسازی پروپان و کاهش بار حرارتی تجهیزات برج و مباحث اقتصادی مورد بررسی است که کمتر مورد توجه قرار میگیرد.[6] با توجه به نیاز روز افزون صنعت به انجام محاسبات سریع، دقیق و کم هزینه، استفاده از رایانه و مزایای آن اجتناب ناپذیر است. از کاربردهای موثر رایانه در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، شبیهسازی توسط نرم افزارهای خاص و از جمله نرم افزار هایسیس است.
یکی از روشهایی که برای شناخت وضع موجود و بهبود عملکرد سیستمها بوجود آمده، شبیهسازی است. شبیهسازی یکی از مفیدترین و پرقدرترین ابزارهای تحلیل عملکرد فرآیندهای پیچیده سیستمهاست. مدلسازی از طریق شبیهسازی تا حد زیادی به علوم کامپیوتر، ریاضیات، احتمالات و آمار متکی است. چون شبیهسازی نوعی مدلسازی سیستم است لذا در ابتدا سیستمها و سپس مدلها و در نهایت شبیهسازی را مورد بحث قرار خواهیم داد. بطور مختصر شایان ذکر است که فرآیند شیرینسازی گاز طبیعی توسط محلول آبی الکانول آمینها، یک فرآیند پیچیده جذب و دفع به همراه واکنشهای شیمیایی است. این فرآیند در حالت کلی به دو برج جذب و دفع نیاز دارد که در هر کدام از آنها مجموعهای از واکنشها انجام میشوند
علاوه بر برجها تجهیزات فراوانی وجود دارند که در مسیر گردش سیال بین دو برج نقش مهمی در فرآیند ایفا میکنند. یک جریان برگشتی کلی نیز از انتهای فرآیند به ابتدای آن کشیده میشود که خود پیچیدگی محاسبات را مضاعف مینماید. نرمافزار هایسیس از یک مدل بر اساس معادله پنگ-رابینسون 2برای تعادل گازها در داخل برجها استفاده میکند. نرم افزار هایسیس از یک مدل بر اساس روش کنت-ازنبرگ 3برای بررسی انحلال پذیری تعادلی گازهای اسیدی در آمین استفاده میکند
سولفور موجود درگازطبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفسهای مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیر مطلوب و انتقال آن را پر هزینه میسازد. تکنیکهای مورد استفاده در فرآیند شیرینسازی گازترش موسوم به "فرآیند آمین" متداولترین نوع در عملیات شیرینسازی میباشد. مواد مورد استفاده دراین فرآیند انواع جاذب محلول های آمین میباشد
گاز ترش از میان برجی که با محلول آمین پر شدهاست جریان داده میشود. واکنشی که بین محلول آمین و سولفور موجود در سولفید هیدروژن انجام میشود، باعث میگردد تا بخش عمدهای از مواد سولفوره جذب محلول گردد و سپس این محلول با شرکت در فرآیند ثانوی ضمن جداسازی از سولفید هیدروژن جذب شده مجددا قابل بهره برداری در فرآیند ابتدایی میگردد. روش دیگری در رابطه با شیرین سازی گاز ترش با استفاده از جاذب های جامد برای جداسازی دیاکسیدکربن و سولفید هیدروژن نیز وجود دارد
در پالایشگاه تبریز حضور مقدار بیش از حد سولفید هیدروژن در خوراک اولیه واحدها سبب بروز مشکلات زیادی میشود. یخ زدگی لولهها در زمستان و افزایش توان ریبویلر به دلیل افزایش انرژی مصرفی به منظور جلوگیری از حضور سولفید هیدروژن در محصولات پایین برجهای مصرفکننده این خوراک و همچنین افزایش میزان پروپان و بوتان در بالای این برج به دلیل افزایش مقدار توان مصرفی برج که سبب شده این پروپان و بوتان به فلر 4 رفته و سوخته شوند، که نتیجه آن از دست دادن سرمایهای بزرگ است، از جمله این مشکلات میباشد.
از دیگر مشکلات بوجود آمده افزایش خوردگی تجهیزات در اثر حضور سولفید هیدروژن، صرف هزینه بیشتر به منظور ساخت خطوط انتقال گاز حجیمتر به منظور انتقال گاز به پالایشگاههای دیگر در نتیجه حضور ناخالصیهای گازی، آلودگیهای شدید سوختی برای گاز تولیدی از بالای برج و کاهش ارزش حرارتی این گاز سوختی میباشد - توضیح آن که کربن دی اکسید مقداری از گرمای تولیدی را برای بالا بردن دمای خود جذب میکند و منجر به کاهش ارزش حرارتی گاز میشود. همچنین سولفید هیدروژن هر چند بهتر از متان میسوزد ولی خود و محصول حاصل از سوختن آن یعنی SO2 به شدت سمی بوده و باید تا زیر حد مجاز کاهش یابند
برای جلوگیری از این مشکلات بر آن آمدهایم تا علت بروز این موارد را دقیقتر بررسی کرده و برای رفع آنها راهکاری بیابیم. حضور شدید سولفید هیدروژن در خوراک پالایشگاه تبریز مشکل اصلی بوده و راهکار پیشنهادی پیشگیری از حضور آن در این واحدها با استفاده از تصفیه و خارجسازی سولفید هیدروژن میباشد.
به همین منظور فرآیند تصفیه گاز در این پالایشگاه به وسیله نرم افزار هایسیس مورد شبیهسازی قرار میگیرد و پارامترهای مختلف موثر بر عملکرد برج جذب این پالایشگاه بررسی میشود. همچنین به منظور ایجاد اطلاعات و نتایج کاربردیتر، به مطالعه و بررسی تأثیر این تغییرات در جریان گاز بر عملکرد یک واحد نمونه، واحد آمین در پالایشگاه تبریز، که از این جریان گاز به عنوان خوراک استفاده میکند، خواهیم پرداخت. در نتیجه واحد مورد بررسی را قبل و بعد از شیرینسازی این گاز، توسط نرم افزار هایسیس مورد بررسی قرار خواهیم داد.
شبیهسازی و امکان سنجی واحد آمینی جدید جهت حصول خوراکی با مقدار سولفید هیدروژن مطلوب و در نتیجه آن مشخص کردن تغییرات در مؤلفههای فرآیندی مهم، مانند میزان ذخیرهسازی پروپان و کاهش بار حرارتی تجهیزات برج از اهداف این تحقیق است که علاوه بر نیاز علمی موجود در گسترش این مباحث به علت مقادیر بالای سولفید هیدروژن در خوراک پالایشگاههای کشور، کاربردی بودن این مباحث و ذکر مباحث اقتصادی نیز مورد توجه قرار گرفته است.
علاوه بر این، خوردگی در تاسیسات فرآورش گاز توسط آلکانول آمینها را میشود از طریق طراحی مناسب واحد، انتخاب پارامترهای عملیاتی صحیح و پایش مکرر عملیات برای فرآیندهای طراحی نشده به حداقل رسانید . همچنین میزان حذف گاز اسیدی در محلول آمین مورد نظر توسط نرم افزار هایسیس و شبیهسازی واحد شیرین سازی گاز توسط این نرم افزار، در بیشتر موارد افزایش بازده برج و کاهش هزینهها را باعث میگردد. در این تحقیق، واحد آمین پالایشگاه تبریز توسط نرم افزار هایسیس شبیهسازی شد و راندمان برج جذب پالایشگاه تبریز در شرایط دما و دبی خوراک مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
.2 تجربی
پس از بررسیهای انجام شده و انتخاب واحد آمین، بطور خلاصه میتوان ذکر کرد که خوراک واحد آمین5در پالایشگاه تبریز از ترکیب جریانهای خروجی از دو واحد تأمین میگردد. به بیان دیگر گازمایع حاصل از واحدCCR6 - گاز ترش - 1 و گازمایع حاصل ازHCU7 - گاز ترش - 2 به هم میپیوندند و خوراک اولیه این واحد را تأمین مینمایند. شکل 1، PFD واحد آمین پالایشگاه تبریز را نشان میدهد.
شکلPFD .1 واحد آمین پالایشگاه تبریز.
در جدول 1 ترکیبات خوراک واحد آمین پالایشگاه نشان داده شده است.
