بخشی از مقاله
چکیده
امروزه فرایند بازیابی اتان از گاز طبیعی به دلیل افزایش قیمت اتان و بهبود فرایندها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تا کنون فرایند و تکنولوژيهاي مختلف براي بازیابی این ترکیب طراحی و ارائه شده است. در این مقاله فرایند بازیابی اتان از گاز طبیعی در یکی از پالایشگاههاي گازي داخل کشور مورد مطالعه قرار گرفته است.
در این مطالعه در ابتدا با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS واحد پالایشگاهی شبیه سازي شده است. در ادامه براي بررسی دقیق عملکرد مبدل حرارتی Cold Box از نرم افزار HENSAD ارائه شده توسط تورتون و همکارانش، استفاده شده است.
در این مقاله عملکرد مبدل در ارتباط با کل واحد از لحاظ اقتصادي بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که واحد پالایشگاهی حاضر، قادر به تولید متان با خلوص %97/7 و بازیابی %67 اتان موجود در خوراك گازي ورودي است. با استفاده از نتایج حاصل بررسی اقتصادي عملکرد مبدل حرارتی میتوان دریافت فرایند مورد نظر از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه بوده و استفاده از سیکلهاي سرمایشی براي بازیابی ضرورتی ندارد.
مقدمه
گاز طبیعی شامل ترکیبات با ارزشی است که استخراج آنها بصورت مایعات هیدروکربنی از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه است. تاکنون فرایندهاي مختلفی براي جداسازي این ترکیبات مورد استفاده قرار گرفته است . در همه فرایندهاي پیشنهادي یکی از اساسیترین شرط طراحی آن انعطافپذیري فرایند است، تا بتواند براي محدوده وسیعی از ترکیبات گاز طبیعی اعمال شود، همچنین در مواقع ضرورت بتوان تغییرات لازم را در فرایند و شرایط آن اعمال کرد. میزان ترکیبات هیدروکربنی سنگینتر از اتان نوع فرایند مورد استفاده براي استخراج آن را تحت تاثیر قرار میدهد
مایعات گاز طبیعی1 را میتوان با فرایندهاي مختلف جداسازي نمود که برخی از آنها عبارتند از: فرایندهاي متراکمسازي، تبرید، جذب، جذب سطحی، انتساط توربواکسپندر. فرایند توربواکسپندر متدوالترین آنها براي بازیابی اتان میباشد. قسمت اصلی فرایند متشکل از برج متانزدا، مبدل حرارتی، جداکننده و توربواکسپندر میباشد. قبل از طراحی آن باید سردسازي خوراك ورودي به جداکننده و جداسازي آن در مخزن جداسازي مدنظر قرار گیرد
براي انتگراسیون انرژي و کاهش هزینههاي مربوط به استفاده از سیکلهاي سرمایشی خارجی از محصول بالاسري برج در یک مبدل حرارتی چندگانه استفاده میشود. به همین منظور، براي گرمایش جریانهاي کناري برج از خوراك ورودي به برج متانزدا در همان مبدل استفاده میشود تا هزینههاي مربوط به سرمایش اولیه آن کاهش یابد. با توجه به طبیعت هیدروکربنهاي موجود در گاز طبیعی جداسازي در دماهاي بسیار پایین انجام میشود. بنابراین از توربو اکسپندر براي کاهش بیشتر دما و نیز تولید همزمان توان استفاده میشود.
بازیابی اتان و طراحی فرایند تا کنون توسط محققین مختلفی مطالعه شده است. بیشتر مطالعات انجام شده در مورد بازدهی فرایند بازیابی اتان و تعیین میزان بهینه بازیابی اتان یا دستیابی به بیشترین میزان بازیابی است.
کیدنی و پریش - 2006 - و کونوکمان و آکمان - 2005 - بازیابی مایعات گاز طبیعی و بهینهسازي جنبههاي مختلف فرایند را بررسی نمودهاند3]و.[4 در یک سري از مطالعات چبی و همکارانش در سال-هاي - 2004 - و - 2010 - بازیابی اتان، آرایشهاي مختلف فرایند توربواکسپندري رامطالعه نمودند. آنها نشان دادند که فرایندهاي پیچیده داراي بازیابی برابر یا کمتر با فرایندهاي ساده را دارند.
در آخرین مقاله آنها نشان دادند که میزان بهینه بازیابی اتان در فرایند متداول توربواکسپندي در فشارهاي متوسط برج متانزدا بدست می-آید2]و.[5 مهرپویا و همکارانش - 2006 - با استفاده از الگوریتم ژنتیک فرایند بازیابی NGL را بهینه سازي نمودند تا بتوان بیشترین سود ممکن را بدست آورد.[6] مهرپویا، وطنی و همکارانشان - 2010 - فرایند جدیدي براي کمینه کردن انرژي مورد نیاز پیشنهاد دادند.
تیم مطالعاتی آنها با استفاده از روش اکسرژي رفتار فرایند را مطالعه نمودند . همچنین در یک مطالعه دیگر فرایند جدیدي براي بازیابی NGL و LNG ارائه نمودند
هدف از این مطالعه بررسی شبیه سازي بازیابی C2+ و نیز بررسی اقتصادي فرایند با استفاده از محاسبات مربوط به هزینههاي مختلف - فرایندي، مواد خام، هزینه کارکنان،... - با در نظر گرفتن آرایش مبدل حرارتی مورد استفاده در یکی از پالایشگاههاي ایران است.
فرایند بازیابی C2+
واحدسردسازي و واحد متانزدائی سردسازي گازخشک تصفیه شده و همچنین جداسازي متان از گاز را بر عهده دارند. ابتدا گاز خشک پس از خروج از واحدآب گیري با دماي 49ᵒC و فشار 74/12 bar قبل از ورود به مبدل E-3130 به دو شاخه تقسیم میشود:
1. شاخهايمستقیماً وارد مبدل E-3130 میشود.
2. شاخه اي که پس از تبادل حرارت در ریبویلر برج - E-3131 - دماي ته برج را تنظیم کرده و در 2/3 ᵒCمجدداً در مبدل E-3130 به جریان اصلی ملحق میشود.
گاز ورودي پس ازتبادل حرارت با جریانات کناري و خروجی از برج متانزدا و محصول اتان برج اتان زدا در مبدل E-3130، تا دماي ᵒC -28/5 سرد شده و با فشار 73/43 bar جهت جداسازي کندانسهاي همراه گاز، قبل از ورود به اکسپندر وارد جداکنندهخوراكتوربینِ انبساطی - V-3110 - میشود. گاز خروجی از بالاي مخزنبا شرایط دما و فشارجریانوروديِ مخزن به دو شاخه تقسیم میشود:
• یک شاخه که جهت سرد شدن بیشترمجدداً به مبدل E-3130 و از آنجا پس از تبادل حرارت در -65/75ᵒC و 73/08 bar به سمت برج هدایت می شود قبل از ورود به برج بوسیله یک شیر ژول تامپسون، با فشار24.79 bar و دماي -96/03ᵒC از سینی 1 وارد برج می شود .
• یک شاخه که جهت تقلیل فشار و افت دما به سمت توربین
انبساطی هدایت می شود.
خوراك توربین گازي است که از بالاي جداکننده V-3110 به سمت توربین انبساطی هدایت می شود.
برج متان زدایی که از نوع سینیدار با 32 سینی است، تحت شرایط خاص دما و فشار اعمال شده در برج، گاز متان را بصورت عمده از دیگر ترکیبات که در شرایط برج بصورت مایع می باشند، جدا می گردد.
عامل اصلی سرد سازي در مبدل E-3130، گاز خروجی از بالاي برج است. در این مبدل علاوه بر جریانات ورودي و خروجی و کناري برج متان زدا، گاز اتان جداسازي شده در برج اتانزدا نیز تبادل حرارت نموده و گرم می شود.
شبیه سازي فرایند
شبیه سازي واحد بازیابی اتان یکی از پالایشگاههاي گاز ایران با استفاده از داده هاي واحد شبیه سازي شده می باشد که با استفاده از نرم ASPEN HYSYS و با انتخاب معادلهي پنگ-رابینسون به عنوان مدل ترمودینامیکی، انجام شده است. در فرآیند مورد نظر مشخصات جریانها با ترکیب مورد نظر در جدول 1 ارائه شده است. شکل 1 نمایی از شبیه سازي فرایند را نشان میدهد.
شکل .1 شبیه سازي فرایند با از نرم افزار Aspen HYSYS
جدول.1 نتایج حاصل از شبیه سازي براي برخی جریانهاي داخل فرایند
