بخشی از مقاله
چکیده :
یکی از تکنولوژیهای کاهش انتشار گاز های گلخانه ای بازیابی دی اکسید کربن از گازهای خروجی ناشی از فرایند های شیمیایی است. حذف گازهای اسیدی در صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی از لحاظ مسایل محیط زیستی از اهمیت بالایی برخوردار است.این گازها معمولا بوسیله حلالهای فیزیکی یا شیمیایی در برج های جذب , جذب می شوند.گازهای اسیدی شامل دی اکسید کربن وسولفید هیدروژن می باشند.وجود CO2 به مقدار زیاد و H2S به مقدار ناچیز در گاز باعث بروز اشکالات فراوانی می گردد، از این رو این گاز ها باید از جریان گاز حذف شوند.
در این مقاله فرایند حذف دی اکسید کربن توسط محلول کربنات پتاسیم در واحد تولید آمونیاک بررسی شده است. سپس شبیه سازی کامل فرایند بنفیلد پتروشیمی شرق ایران توسط نرم افزار Aspen Plus انجام شده و به دنبال آن پارامترهای موثر بر عملکرد برج جذب و دفع مورد بررسی قرار گرفته و بهینه شده اند. تعداد مراحل بهینه برای برج دفع وجذب به ترتیب 12 و10 به دست آمده است.
دبی بخار بهینه برای برج دفع وتاثیر تغییرات آن برروی میزان دی اکسیدکربن خروجی از برج دفع مبین این مطلب است که با افزایش دبی بخار ورودی به برج دفع ، فرایند دفع بهتر انجام می شود. نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج واقعی مقایسه شده و تطابق خوبی بین این دو حالت حاصل شده است.تغییرات دمای محلول جاذب ورودی به برج نیز مبین کاهش میزان جذب در اثر افزایش دماست.
مقدمه
دی اکسید کربن ماده نامطلوب در گاز سنتز است زیرا علاوه بر مشکلات زیست محیطی ، کاتالیست سنتز آمونیاک را مسموم می-کند . به همین علت باید مقدار آن کاهش پیدا کند. از طرفی عدم حذف این گاز از سیستم سبب دفع آن به محیط شده و آلودگی محیط زیست را در بر دارد.در صورتیکه به جای تهیه دی اکسید کربن مورد نیاز فرایند ها از طریق احتراق سوخت ، از دی اکسید کربن بازیابی شده استفاده شود انتشار گازهای گلخانه ای به همان میزان بازیابی شده کاهش خواهد یافت. دی اکسید جدا شده از سیستم به عنوان خوراک واحد اوره استفاده می شود
در واحد های آمونیاک برای حذف دی اکسید کربن از محلول بنفیلد که شامل %30 وزنی کربنات پتاسیم و%5-3 وزنی فعال کننده % 0/5 وزنی ممانعت کننده خوردگی ومابقی آب است، استفاده می شود. در گذشته از فعال کننده DEA - دی اتیل آمین - استفاده میشده که امروزه جایگزینهای مناسبتری برای رسیدن به جذب سریعتر از جمله PZ یافت شده است. از پنتا اکسید وانادیم V2O5 بعنوان ممانعت کننده خوردگی در این محلول استفاده می شود
برای اولین بار Benson & Field طرحی برای فرایند کربنات پتاسیم ارائه کردند که به فرایند Benfield معروف شد.این فرایند شامل یک برج جذب برای جذب دی اکسید کربن ویک برج دفع برای حذف آن می باشد.در ژانویه سال 2000 ، بیش از 700 واحد بنفیلد در سرویس قرار داده شد.
شرح فرایند
در بخش تصفیه گاز سنتز واحد تولید آمونیاک ، جداسازی دی اکسید کربن به وسیله محلول بنفیلدی که در پروسس آن از یک فلاش تانک چهار مرحله ای حاوی محلول SEMI-LEAN بنفیلد استفاده شده است که موجب کاهش در میزان انرژی حرارتی مصرفی می گردد
محلول بنفیلد با دی اکسید کربن موجود در گاز ترکیب شده وآن را از جریان گاز حذف مینماید.به منظور بالارفتن جذب CO2 ، جلوگیری ازبروز خوردگی در سیستم ونیز ممانعت از پدیده کف کردن - - Fomingموادشیمیایی به سیستم تزریق می شود. برج جذب دارای سه بستر آکنده در دو قسمت بوده که در آنها گاز ومحلول بنفیلد به صورت جریان متقابل با یکدیگر تماس پیدا میکنند . گاز از پایین برج وارد آن شده ودر آنجا بوسیله محلول SEMI-LEAN بنفیلدجذب می گردد.این محلول که از برج دفع می آید ، نسبتا احیا شده ولی هنوز دارای مقداری CO2 می باشد.
در قسمت بالای برج جذب ،گاز در تماس با محلول کاملا عاری از CO2 بنفیلد است که به آن محلول LEAN می گویند. درنتیجه این عمل از پایین برج محلول بنفیلدی خارج می شود که سرشار از CO2 بوده وبه وسیله پمپ هیدرولیکی به قسمت میانی برج دفع به منظور حذف CO2 پمپ می شود. عمل احیا محلول بنفیلد غنی از CO2 در برج دفع به کمک بخار آب صورت می گیرد. در قسمت بالای این برج که به نام - Stripperعریان ساز - خوانده می شود، محلول غنی بنفیلد با از دست دادن CO2 مجدد احیا می گردد.
سپس قسمت عمده محلول به طرف پایین برج جریان یافته تا بعنوان خوراک فلاش تانک مورد استفاده قرار بگیرداین محلول که بعنوان SEMI-LEAN شناخته می شود ، از طریق پمپ به قسمت پایین برج جذب فرستاده می شود، محلول خروجی از برج دفع به بالای برج جذب پمپ میشود.
دما وفشار در پایین برج دفع 70 C وفشارkg/cm2 1/91 می باشد. حرارت مورد نیاز از طریق ریبویلرها تامین میشود در این روش به منظور تزریق محلول داخل فلاش تانک به برج دفع از اجکتور استفاده میشود. بخار مورد نیاز که بعنوان نیرو محرکه اجکتورها استفاده میشود در مبدل حرارتی تولید میشود. این عمل موجب می شود تا انرژی حرارتی لازم برای ریبویلرها کاهش یافته وسیستم را از مصرف بخار جز در مواقع راه اندازی بی نیاز سازد.
دی اکسید کربن که محصول عمل برج دفع ، در قسمت بالای برج که یک بستر آکنده است تا دمای 40 سرد می شود.آب خنک کننده که به سیستم تزریق میشود توسط پمپ به گردش درامده وپس از گذشتن از کولرهوایی ومبدل حرارتی وارد برج شده وبرروی بستر آکنده پاشیده می شود که در نتیجه این عمل گاز دی اکسید کربن خنک می شود.آب کندانس همراه CO2که در نتیجه سردشدن گاز ایجاد شده است،بعنوان آب جبران کننده - - Make Upمورد نیاز مبدلها بکار رفته و مقدار کمی از آن به قسمت بالای برج دفع برای ایجاد موازنه در مقارآب سیستم Purge میشود و قسمت عمده CO2به عنوان خوراک واحد اوره استفاده می شود
