بخشی از مقاله
چکیده
شیرین سازی گاز طبیعی و حذف گازهای اسیدی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن با استفاده از فرایند جذب بامحلول های آلکانول آمین یکی از مهمترین فرایندهای خالص سازی است. متیل دی اتانل آمین بدلیل ظرفیت جذب بسیار بالا و انعطاف پذیری، بطور بسیار گسترده ای در فرایند شیرین سازی کاربرد دارد. بکار بردن یک مدل تعادلی مناسب برای شبیه سازی فرایند حذف گازهای اسیدی بر پایه آمین، یک تکنیک ساده و آسان نیست و نیازمند تمرین و مهارت در زمینه شبیه سازی است.
پیچیدگی فرایند بعلت تعادل های شیمیائی و فازی وسیستم الکترولیتی واکنش هاست. در اینکار، شبیه سازی فرایند شیرین سازی با روش جذب در محلول متیل دی اتانل آمین و استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز پرومکس و اسپن پلاس انجام شده است. از مدل ترمودینامیکی ان ار تی ال برای مایع الکترولیت و معادله حالت گاز ردلیش-کوانگ-سواوه و قانون هنری برای تعادل مرحله ای فرایند استفاده شده است.
برای اعتبار سنجی حاصل از شبیه سازی، از داده ها و اطلاعات طراحی و صنعتی پالایشگاه شهید هاشمی نژاد استفاده شده است. نتایج بدست آمده از نرم افزار های شبیه ساز، تطابق بسیار خوبی با این اطلاعات دارد. پروفایل های تغییرات دما و غلظت در طول برج بدست آمده و مورد بحث قرار گرفته است.
-1 مقدمه
حذف گازهای اسیدی نظیر دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از گاز طبیعی با هدف شیرین سازی، یک فرایند حیاتی از نظر عملیاتی و محیط زیستی است. عملیات های مختلفی برای حذف دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از جریان های گازی انجام شده است که شامل جذب با حلال های فیزیکی و شیمیایی و همچنین جداسازی غشایی می باشد. در بین این روش ها، جذب گاز بوسیله حلال های شیمیایی مانند آلکانول آمین از روش های موثر و متداول است. برای گاز طبیعی در خطوط لوله، مقدار مجاز ﺳﻮﻟﻔﻴﺪ هیدروژن برابر 4 ppm و برای دی اکسید کربن %2mol می باشد.
در مقایسه با آلکانول آمین های متداول امروزی، آمین سه ظرفیتی متیل دی اتانل آمین بدلیل هزینه احیای مجدد پائین، مقاومت در برابر تخریب شیمیائی و حرارتی و مقدار خوردگی بسیار پائین، مناسب و شناخته شده می باشد. به عبارت دیگر، این آمین ظرفیت انتخاب پذیری بالا برای حذف سولفید هیدروژن در حضور دی اکسید کربن و نیز حذف هر دو گاز اسیدی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن را داراست.
شکل شماره 1 ، شماتیک فرایند جذب گازهای اسیدی را با استفاده از محلول متیل دی اتانل آمین نشان می دهد. این سیستم شامل یک برج جذب و یک برج عاری سازی به انضمام مبدل های حرارتی و لوله های و دستگاه جداکننده گاز ترش می باشد.
در ابتدا گاز ترش از پائین برج وارد شده و آمین از بالای برج خارج می شود. آمین خروجی از پائین برج جذب که حاوی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن می باشد نیز وارد محفظه تبخیر ناگهانی شده و گازهای سبک از آن خارج می شود. سپس آمین خارج شده از این محفظه وارد برج عاری سازی شده تا گازهای ترش از آن جدا شوند. این برج برای کارایی بیشتر در دمای بالاتر و فشار پایین تر نسبت به برج جذب کار می کند، بنابراین آمین حاوی سولفید هیدروژن و دی اکسیدکربن قبل از ورود به برج، پیش گرم می شود تا دمای آن بالاتر رود .=
پاچیکو - Pacheco - و همکاران شبیه سازی مربوط به جذب دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن را در محلول آمین با استفاده از الگوریتم های برج تقطیر را در نرم افزار اسپن پلاس انجام دادند.[3] همچنین بر اساس همین کار بولهار - Bolhàr - و همکارانش نیز با تعمیم مدل های برج تقطیر برای جذب گازهای اسیدی توسط محلول آمین، الگوریتمی را برای فرایند شیرین سازی گاز ارائه دادند.[4]در این مطالعه نیز با در نظر گرفتن همزمان نرخ انتقال جرم و حرارت، همچنین مدل مراحل تعادلی، شبیه سازی فرایند واقعی جذب دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن انجام می شود.
شکل شماره :1 شماتیکی از واحد شیرین سازی گاز
-2 مدلسازی و شبیه سازی
بطور کلی این فرایند می تواند به دو صورت شبیه سازی گردد، روش مراحل تعادلی و روش بر پایه سرعت واکنش. واکنش های ی که مابین گازهای اسیدی و محلول متیل دی اتانل آمین صورت می گیرد به دو گروه تقسیم بندی می شوند، واکنش های سنتیکی و واکنش های تعادلی .[6] این ﻭﺍﻛﻨﺶ ها در جدول شماره 1 نشان داده شده اند.
جدول شماره :1 واکنش های فرایند حذف گازهای اسیدی
یونیزه شدن آب - تعادلی -
تفکیک سولفید هیدروژن - تعادلی -
تفکیک بی سولفاید - تعادلی -
تفکیک بی کربنات - تعادلی - تفکیک آمین پروتون دار - تعادلی -
تفکیک کربن دی اکسید - سنتیکی -
تشکیل بی کربنات - سنتیکی -
در اسپن پلاس - Aspen Plus - از قانون توانی - Power Law - برای شبیه سازی واکنش بی کربنات استفاده شده است. پارامترهای سنتیکی قانون توانی از بانک اطلاعاتی - Data Base - اسپن پلاس استخراج شده است.
