بخشی از مقاله
چکیده
وجود گازهای اسیدی در بسیاری از جریان ها و فرایندها، خصوصا در جریان گازهای طبیعی، نامطلوب می باشد بنابراین حذف این گاز ها یکی از مسائل مهم در سیستم ها می باشد. شناخت فرایندهای شیرین سازی و در کنار آن بررسی بازدهی انرژتیک تجهیزات موجود در آن ها از اهمیت بسزایی در کنار کیفیت گازهای خروجی برخوردار می باشد. آنالیز اکسرژی یکی از راهکارهای نوین در زمینه بررسی میزان اتلافات و بازگشت ناپذیری ها در فرایند می باشد که کمک می کند تجهیزات دارای اتلاف بالا شناسایی و در جهت رفع آن اقدام نماییم. در این مطالعه سعی گردیده است تا با شبیه سازی واحد شیرین سازی پالایشگاه گاز ×سیری به بررسی کارایی تجهیزات از دیدگاه اکسرژی بپردازیم.
نتایج نشان داد که برج دفع، برج جذب و مبدل بیشتری اتلاف اکسرژی با 1590، 1093 و 980 کیلو وات را دارند که به ترتیب 34، 23 و %21 میزان کل اتلاف را شامل می شوند. با توجه به نتایج تجهیزاتی نظیر پمپ و مخلوط کننده دارای بازدهی %97 می باشند. بررسی اکسرژی شیمیایی برج های دفع و جذب کنترل کننده رفتار اکسرژتیک این تجهیزات می باشند.
- 1 مقدمه
جداسازی ناخالصیهای درون گازها ومایعات ازنقطه نظر ایمنی، کنترل خوردگی، تنظیم ترکیب استاندارد محصولات گازومایع ، پرهیزازتشکیل هیدرات - یخ زدن - دردماهای پائین ، کاهش هزینههای تقویت فشار گاز ، جلوگیری ازمسمومیت کاتالیزورهای کارخانجات دریافت کننده محصولات گازیامایع وبالاخره رعایت حدمجاز انتشار مواد آلاینده به محیط زیست، الزامی می باشد.
در طراحی فرآیند های تصفیه گاز شروط امکان پذیری و اقتصادی بودن طرح مهمترین بخش طراحی می باشد. تا کنون اقدامات بسیاری در این صنعت برای عملیاتی کردن و بدست آوردن شرایط بهینه انجام شده است و محققین ایده های جدیدی برای به روز رسانی فن آوری شیرین سازی گاز به بازار صنعت ارائه می نمایند به نظر می رسد تا کنون طرحی که شامل بهره گیری از یک حلال مایع در یک برج جذب باشد در منظر اقتصادی و راستای سهولت عملیاتی قابل رقابت ارائه نشده است.
بیش از 30 فرایند برای حذف گازهای اسیدی - مانند سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن و دیگر ترکیبات آلی گوگردمثلاً سولفید کربنیل، مرکاپتان های آلی و دی سولفیدها - وجود دارد. به دلیل سمیت سولفید هیدروژن نیاز به حذف آن شدید تر است. گاز طبیعیمعمولاً برای رسیدن به غلظت کمتر از ppm 4 سولفید هیدروژن و 2-3 درصددی اکسیدکربن،فرآوری میشود. اگرمحتوایCO2 زیاد شود و یا هنگامی که فرایندهای سرمایشی وجود دارد باید غلظت دی اکسید کربن را تا ppm 100 کم کرد
آلکانول آمینها رایج ترین و پر استفادهترین محلولها برای جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن از گاز طبیعی هستند که به دلیل واکنش پذیر بودن و ارزان بودن، موقعیت ویژه ای در صنایع شیرین سازی گاز دارند.[2] آلکانول آمینهای مورد استفاده در صنایع شیرین سازی گاز شامل منو اتانول آمین - MEA - ، دی اتانول آمین - DEA - ، تری اتانول آمین - TEA - ، دی گلیکول آمین - DGA - ، دی ایزو پروپانول آمین - DIPA - و متیل دی اتانول آمین - MDEA - هستند. تمام این مواد را می توان در دسته واکنش پذیر جای داد و به همین دلیل است که کاربرد آنها در صنایع شیرین سازی گاز رایج شده است. تفاوت هایی بین واکنش های شیمیایی که اتانول آمین های مختلف انجام می دهند وجود دارد که در ادامه بررسی خواهد شد.اتانول آمین ها مایعات شفاف و بدون رنگی هستند و تمام آنها به جز تری اتانول آمین از لحاظ شیمیایی پایدار هستند و می توان آنها را بدون اینکه تجزیه شوند تا دمای جوش حرارت داد
میزان مصرف انرژی در واحد های مایع شیرین سازی بالا بوده و نیازمند این امر می باشد که از نقطه نظر ترمودینامیکی تغییراتی در فرایند صورت گیرد تا به لحاظ مصرف انرژی بهینه گردد . آنالیز اکسرژی ابزار قدرتنمدی در طراحی، بهینه سازی و ارزیابی عملکرد سیستم های انرژی می باشد. اکسرژی بعنوان معیاری از کیفیت انرژی و میزان از بین رفتن آن توسط برگشت ناپذیریها در یک سیستم حرارتی استفاده میشود.
یکی از کاربردهای اصلی مفهوم اکسرژی، آنالیز سیستم های حرارتی با استفاده از موازنه اکسرژی است. محاسبات اتلاف اکسرژی یک تحول بیانگر میزان غیربازگشتی بودن آن میباشد. تحلیل پارامترهای تأثیرگذار این اتلاف میتواند در شناخت نقش فاکتورهای مختلف و تبیین چگونگی تغییرآن در فرایند بگونه ای که به کاهش میزان غیربازگشتی، افزایش کارایی و در نهایت بهینه سازی فرآیند منجر شود کمک قابل توجهی نماید. [5] اکسرژی در واقع بیشترین کار تئوری مفید قابل دست یابی است، زمانی که سامانه به سوی تعادل با محیط حرکت می کند
و تنها با محیط تبادل گرما انجام می دهد. البته می توان به صورت کم ترین کار محوری یا الکتریکی تئوری مورد نیاز برای این که یک مقدار از ماده را از حالتی که در تعادل با محیط است به یک حالت مشخص ببریم نیز تعریف کرد. بنابراین می توان چنین برداشت کرد که اکسرژی، بیان گر میزان انحراف حالت یک سامانه نسبت به حالت محیط می باشد. محیط، یک سامانه ی بسیار بزرگ در حالت تعادل می باشد که متغیرهای حالت - T_0,P_0 - و پتانسیل شیمیایی اجزای موجود در آن هنگامی که در فرآیندهای ترمودینامیکی به تبادل جرم و گرما با سامانه-های دیگر می پردازد، ثابت می ماند. در زمینه بررسی اکسرژی فرایند های مایع سازی گاز تا کنون تحقیقات مختلفی صورت گرفته است. [6] در این مطالعه سعی گردیده است تا با آنالیز اکسرژی فرایند شیرین سازی گاز طبیعی ، کارایی این سیستم از نقظه نظر میزان مصرف انرژی بررسی گردد.
-2 روش تحقیق
1-2 مبانی تئوری
اکسرژی از 4 جزء تشکیل شده است :
- 1 اکسرژی فیزیکی - 2 اکسرژی جنبشی - 3 اکسرژی پتانسیلی - 4 اکسرژی شیمیایی
در غیاب اثرات هستهای، مغناطیسی، الکتریکی و کشش سطحی، اکسرژی کل یک سامانه به 4 جزء تقسیم میشود : اکسرژی فیزیکی EPH، اکسرژی جنبشی EKN، اکسرژی پتانسیلی EPTو اکسرژی شیمیایی .ECH
اکسرژی، یک خاصیت مقداری1 است، بنابراین میتوان آنرا به ازای واحد جرم نیز نوشت.
در این تحقیق از اکسرژ پتانسیلی و جنبشی صرف نظر خواهد گردید. از انجایی که تماس مواد با محیط نیز وجود نخواهد داشت اکسرژی شیمیایی صفر می باشد.
اکسرژی فیزیکی، بیشترین کار قابل دستیابی است، زمانیکه سامانه از حالت اولیه با دما و فشار Tو P به تعادل فیزیکی با محیط با دمای T0 و فشار P0 میرسد.
