بخشی از مقاله
چکیده
نیاز روز افزون صنایع به گوگرد همراه با توجه به قوانین زیست محیطی جهت حذف آلایندهها باعث شده است که توجه بیشتری به واحدهای بازیافت گوگرد در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی معطوف گردد، تا بتوان بازده واحدهای فوق را به حداکثر رساند. برای بازیابی گوگرد روشهای مختلفی وجود دارد و یکی از روشهایی که در فاز 15 و 16 پارس جنوبی از آن استفاده میشود، روش کلاوس است.
در این مطالعه ابتدا درباره گوگرد و انواع فرآیندهای بازیابی آن بحث شده و در این میان فرآیند اصلی که واکنش کلاوس است تشریح شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه واحد با استفاده از نرم افزار HYSYS.Process شبیهسازی شده و تأثیر عوامل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس مشاهده شد که با افزایش دمای گاز اسیدی و افزایش میزان H2S موجود در گاز اسیدی درصد بازیابی گوگرد افزایش یافت.
-1مقدمه
گاز حاصل از منابع و صنایع نفت، گاز و پتروشیمی شامل مقادیری از CO2 و H2S است که به آن گازترش گویند. H2S یک ماده بسیار سمی است که باید حذف شود، ضمناً این گاز به شدت خورنده است و هنگام سوختن تولید 622 میکند که هم سمی و هم خورنده میباشد.[10-1] بنابراین تبدیل H2S به گوگرد و بازیابی گوگرد موجود در گاز ترش یک فرآیند بسیار مهم است، چراکه یک ماده سمی و خورنده را تبدیل به یک ماده قابل فروش و با ارزش - گوگرد - مینماید.
یکی از فرآیندهای موجود در صنایع پالایشگاهی، فرآیند بازیابی گوگرد از جریان گاز اسیدی میباشد. در سطح دنیا تلاشهای وسیعی جهت افزایش بازده این فرآیند و کاهش هزینههای سرمایهگذاری انجام شده است. روشهای مختلفی برای بازیابی گوگرد به کار گرفته شده که در این بین فرآیند کلاوس اصلاح شده یا فرآیند کلاوس قراردادی نسبت به سایر فرآیندهای بازیابی گوگرد، بیشتر مورد استفاده قرار دارد. این فرآیند به این ترتیب است که خوراک گاز اسیدی به طور جزئی اکسید شده و 622 تولید میشود، که با سولفید هیدروژن باقیمانده بر روی کاتالیست برای تولید گوگرد واکنش میدهد. این طراحی شامل دو یا سه مرحله کاتالیستی است. بازده بازیابی گوگرد این فرآیند بین 94-97 درصد میباشد
در این مقاله سعی شده است واحد کلاوس بازیابی گوگرد فاز 15 و 16 پارس جنوبی با استفاده از نرم افزار HYSYS.Process شبیه سازی شود و نقش عوامل مؤثر و متغیر در افزایش میزان بازیابی گوگرد مورد بحث و بررسی قرار گیرد.
-2 فرآیند بازیابی گوگرد فاز 15 و 16 پارس جنوبی
طراحی این دو فاز به گونهای است که گاز ترش پس از گذشتن از جداکننده به طرف کوره چند منظوره هدایت میشود. در کورههای جداگانه گاز ترش بر اساس ضریب استوکیومتری با هوایی که از طرف دمنده میآید مخلوط میگردد. مقدار H2S موجود در گاز اسیدی با هوایی که به صورت هم محور در اطراف مافل مرکزی کوره قرار دارد، سوزانده میشود. اگر در گاز ترش خروجی جداکننده آبی وجود داشته باشد، بوسیله گرانش به سمت ظرف Slop Drum هدایت میشود.
در محفظه احتراق چندین واکنش انجام می شود که مهم ترین آنها شامل موارد زیر است:
جریان خروجی از محفظه احتراق وارد کولر - که به طور مستقیم به محفظه احتراق متصل است - میشود و در آنجا دچار کاهش دما از دمای 1009 درجه سانتیگراد به دمای حدود 250 درجه سانتیگراد میشود، که طی آن بخشی از بخار گوگرد تهنشین میگردد. گرمای بازیابی شده برای تولید بخار فشار پایین - 5/5 bar - استفاده میشود، که این بخار فشار پایین به سمت هدر فشار پایین در داخل محدوده هدایت میشود. جهت کنترل دمای گاز برای اولین راکتور، بخشی از گاز فرآیندی به طور مستقیم و از طریق کولر و توسط لوله به شیر اختلاط فرستاده شده که در آنجا گاز سرد شده با گاز گرم مخلوط میگردد.
پس از خروج از شیر اختلاط، گاز فرآیندی به سمت اولین راکتور کلاوس میرود. در اینجا اجزاء گوگرد در حضور کاتالیست Al2O3 به مقدار بیشتری به گوگرد عنصری تبدیل میشود. مقدار تبدیل بستگی به دمای در راکتور دارد. دمای خروجی راکتور تقریبا 325 درجه سانتیگراد است.
بعد از خروج از راکتور، گاز فرآیندی وارد اولین کندانسور میشود. در این کندانسور گاز فرآیندی تا دمای حدود 175 درجه سانتیگراد خنک شده و بخشی از بخار سولفور نیز تهنشین میشود. گرمای حذف شده برای تولید بخار فشار پایین bar - - 5/5 اشباع شده به کار گرفته میشود.
گاز خروجی از کندانسور باید تا دمای 205 درجه سانتیگراد گرم شود. از این رو وارد مبدل شده و توسط بخار فشار بالا - 41/5 bar - که در زباله سوز ایجاد شده است، گرم میشود.
در راکتور دوم کلاوس در حضور کاتالیست Al2O3 اجزاء سولفور باقیمانده بیشتری به سولفور عنصری - ابتدایی - تبدیل میشود. گاز فرآیندی راکتور دوم را با دمای تقریبا 229 درجه سانتیگراد ترک میکند و سپس در کندانسور تا دمای 130 درجه سانتیگراد سرد شده و بیشتر بخار گوگرد تهنشین میگردد. گرمای بازیابی شده در کندانسور برای تولید بخار اشباع 1 bar به کار برده شده و سپس از طریق کولر هوایی کندانس شده و به کندانسور بر میگردد.
در مرحله کاتالیستی - راکتور کلاوس - تولید سولفور از طریق واکنش بین SO2 باقیمانده با H2S در دمای پایینتر مطابق واکنش - 6 - صورت میگیرد:
همچنین بوسیله هیدرولیز، امکان تبدیل مقداری COS و CS2 به H2S وجود داشته و تبدیل سولفور افزایش یابد. واکنش های هیدرولیز به صورت زیر میباشد:
سولفور کندانس حاصل از کولر، کندانسور و جداکننده توسط گرانش موجود در لولههای با بخار ژاکت شده وارد واحد SRU 108 میشود.
در شکل 1 فرآیند بازیابی گوگرد شبیهسازی در مقاله حاضر شده نشان داده شده است.
