بخشی از مقاله
چکیده:
گازهای اسیدی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن به مقدار زیادی در هیدروکربن ها در میادین نفت و گاز وجود دارند اگر حذف نشوند باعث خوردگی در تجهیزات میشوند. آلکانول آمینها مواد آلی نیتروزن داری هستند که از ترکیب مواد آلی مخصوص با آمونیاک بدست میآیند، که دارای یک گروه هیدروکسی و آمینو هستند. مایعات یونی، بطور عمده شامل یک کاتیون آلی نامتقارن حجیم و یک آنیون آلی یا معدنی هستند. برخی از خصوصیات برجسته مایعات یونی: فشار بخار ناچیز - ذاتا غیر فرارند - ، غیرقابل اشتعال و بی بو،گرمای حرارتی بالا و پایداری الکترو شیمیایی می باشند.
در این تحقیق برای ارزیابی عملکرد و جذب دی اکسید کربن بر اساس مایعات یونی برای بدست آوردن نتایج مدلسازی و شبیه سازی برای فرایندهای دقیق در جذب یک فرایند براساس DEAعمولی به عنوان مرجع انجام شد مقایسه و تأثیر جذب H2S و CO2 توسط دی اتانول آمین و مایع یونی -1اتیل--3 متیلیمیدازولیوم-اتیل سولفات بررسی و مشاهده شد که مقدارجذب H2S و CO2 توسط مایع یونی -1اتیل--3متیلیمیدازولیوم-اتیل سولفات در دمای پایین و فشار بالا بیشتر از جذب توسط دی الکانول آمین به تنهایی میباشد، که این نشاندهنده امکان استفاده مایعات یونی برای بهبود جذب گازهای اسیدی توسط آلکانول آمینها در دمای پایین و فشار بالا میباشد.
مقدمه
گاز طبیعی از مهمترین عوامل انرژی در دنیا به حساب میآید. مصرف گاز طبیعی در دنیا در سال 2025 حدود 151 تریلیون نزدیک به 70 درصد بیشتر از مصرف کنونی برآورد میشود. گاز در اغلب موارد حاوی گازهای اسیدی و ترکیبات گوگردی میباشد که جداسازی آنها تا حد استاندارد، ضروری میباشد. عملیات حذف عوامل اسیدی از جریان گاز ترش را شیرین کردن گاز می گویند آمینها برسه نوع هستند: آمینهای نوع اول: در آنها یک اتم هیدروژن مولکول آمونیاک، توسط یک گروه اتانولی جایگزین شده است. ماننده مونواتانول آمین . - MEA - آمینهای نوع دوم: دو اتم هیدروژن آمونیاک توسط دو گروه اتانول آمینی جایگزین شده است مانند آمینهای نوع سوم: در این آمینها همه اتم های هیدروژن مولکول آمونیاک توسط گروههای آلکیل یا آلکانول جایگزین شده است مانند متیل دی اتانول آمین - MDEA - میباشند. از میان روشهای شیرین سازی گاز طبیعی، جذب در فاز مایع پرکاربردترین روش میباشد کهمعمولاً از آلکانولآمین ها به عنوان جاذب استفاده میشود
در سال 1930، TEA - تری اتانول آمین - اولین آمینی بود که توسط باتومز در شیرین سازی گاز ترش استفاده شد و در سال 1975، Perry و همکارانش DEA - دی اتانول آمین - را در شیرین سازی استفاده کردند.
در سالهای اخیر بهره گیری از مایعات یونی در کنار الکانول-آمین ها به عنوان جاذب مطرح گردیده است که به دلیل معضلات کمتر زیست محیط ناشی از استفاده آنها، در مطالعات و پژوهشها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. نخستین گزارش در مورد مایعات یونی برای جداسازی در فازهای گاز و مایع از سال 1999توسط اولویر و در فرایند استخراج توسط گروه میندرسما مورد مطالعه قرار گرفت. آنتونی و همکاران نشان دادند که مایعات یونی برای جذب گاز نیز مناسب می باشند.
ارائه شد از آن زمان تاکنون هر ساله ترکیبات بسیاری با این ویژگی گزارش شدهاند. کاتیونهائی مانند ایمیدازولیوم، پیریدینیوم، پیرولیدینیوم و فسفونیوم با شاخههای هیدروکربنی مختلف و آنیونهایی مثل یونهای هالید، تترا فلوئوروبرات - BF4 - هگزافلوئوروفسفات PF6 - و ... درساختمان مایعات یونی بکار میروند.
در کار حاضر بخاطر اهمیت مایعات یونی و نیز داشتن یک دید درست از عملکرد این مایعات در ترکیب با آلکانول آمینها در شیرین سازی گاز طبیعی تلاش خواهد شد. با استفاده از اطلاعات تعادلی موجود در سطح جهان بتوان معادله دقیقی برای پیش بینی خواص ترمودینامیکی این مخلوطها انتخاب نموده و امکان استفاده از نرم افزار HYSYS برای پیش بینی رفتار و عملکرد این مخلوطها در شیرین سازی گاز طبیعی را بررسی نمود
بخش تجربی -1 شیرین سازی گاز طبیعی
هدف از شیرین سازی گاز جداسازی H2S و تا حدودی CO2 از گاز ترش دریافت شده از واحد سیلانه گیر و گازهای بدست آمده در واحد تثبیت میعانات گازی میباشد این واحد مقدار گاز H2S موجود در گاز خوراک را تا مقدار مجاز برای ورود به خط لوله سراسری کاهش میدهد. اما جذب کامل CO2 جهت ورود به خط اصلی ضرورتی ندارد. برای شیرین سازی گاز طبیعی از حلال DEA - دی اتانول آمین - و مایع یونی -1 - C8H16N2SO4اتیل--3متیلیمیدازولیوم اتیل سولفات - استفاده میشود.
دلیل انتخاب DEA و مایع یونی C8H16N2SO4 برای شیرین سازی، خاصیت جذب انتخابی آنها نسبت به H2S است. واحد شیرین سازی شامل سه بخش جداسازی، جذب و احیاء میباشد. در بخش جداسازی گاز ترش از تاسیسات سرچاهی وارد یک جداکننده جهت جداسازی مایعات و لجنهای موجود در گاز ترش میشود . این کار برای جلوگیری از ورود این مواد در برج جذب میباشد زیرا وجود این مواد باعث کف بروی سینیهای برج جذب و در نتیجه ایجاد اشکال در فرایند جذب میشود.
پس از حذف تودهها و ذرات جامد احتمالی، گاز ترش وارد برج جذب میشود این برج دارای 18 سینی میباشد. گاز ترش با محلول آبی DEA و مایع یونی C8H16N2SO4 تماس داده میشود H2S و CO2 موجود در آمین غنی، به وسیله تماس غیرهمسو با بخار تولید شده در ریبویلر جدا میشوند. احیاء حرارتی برای شکستن پیوندهای بین مولکولی آمین، مایع یونی و گازهای اسیدی ضروری میباشد. گازی که عمل شیرین سازی روی آن انجام شده وارد بخش نم زدایی میشود. محصول فرعی این واحد گاز ترش - Acid Gas - میباشد که جهت انجام عملیات و فراوری یه واحد بازیافت گوگرد ارسال میشود.
-2شبیه سازی فرآیند
برای شبیه سازی در فراینذ جذب در دمای بالا و فشارپایین از دو حلال دی اتانول آمین و مایع یونی -1اتیل--3متیلیمیدازولیوم
اتیل سولفات با دمای 24.40 درجه سانتیگراد و فشار 6700 کیلوپاسکال در برج جذب استفاده شد، که این عمل در فشار بالا و دمای پایین انجام شد. و سبب جذب گاز H2S و مقداری از CO2 به محلول دی اتانول آمین و مایع یونی -1اتیل--3 متیلیمیدازولیوم اتیل سولفات و رسیدن به مقدار مطلوب شد. مقایسه و تأثیر این دو حلال در جذب دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن در خروجی برج جذب توسط نرم افزار HYSYS در دما و فشار مورد نظر مورد بررسی قرار گرفت.و نتایج مطلوبی بدست آمد.
نتایج و بحث
مطابق شکل - 1 - گازهای اسیدی سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن با دمای 24.40 درجه سانتیگراد توسط نرم افزار HYSYSاز بالای برج جذب وارد شد. در برج جذب افزایش دما از سینی اول 32.06 به سینی هیجدهم به دمای 37.10 می باشد. در برج جذب کاهش دما داریم. جذب سولفید هیدروژن و دی کسید کربن در محلول دی اتانول آمین واکنشی گرما زا می باشد.
شکل - 1 - نمودار تغییرات دما در طول برج جذب در محلول دی اتانول آمین
مطابق شکل - 2 - این مرحله نیز مانند مرحله اول می باشد فقط در این مرحله همراه با محلول دی اتانول آمین، مایع یونی -1اتیل-3متیلیمیدازولیوم-اتیل سولفات از بالای برج وارد برج جذب می شود. در برج جذب فزایش دما از 33.95 درجه سانتیگراد در سینی هفدهم به 38.47 در سینی هجدهم می باشد. جذب سولفید هیدروژن و دی کسید کربن توسط محلول دی اتانول آمین و مایع یونی ا-اتیل--3 متیلیمیدازولیوم- اتیل سولفات واکنشی گرما زا می باشد.
شکل - 2 - نمودار تغییرات دما در طول برج جذب در محلول دی اتانول آمین و مایع یونی ا-اتیل--3متیلیمیدازولیوم- اتیل سولفات در برج جذب
