بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله به شبیهسازی و بهینهسازی فرایند تصفیه اتان یکی از پتروشیمیهای منطقه ویژه اقتصادی ماهشهر جهت چهار جریان فرایندی اصلی واحد با استفاده از نرمافزار Aspen Hysys-Version 8.8 بهینهسازی شده است. در این فرایند با افزودن دو دستگاه انتقال حرارت مقدار برابر 57853142400 کیلو ژول در سال معادل 5785314420 تومان در سال که در حال حاضر هدر میرود به سیستم باز میگردد.
مزایای بهینهسازی در این واحد سبب می شود 29161 کیلو ژول در ساعت گاز اتان تصفیه شده با ظرفیت گرمایی 2/11 کیلو ژول در کیلوگرم بر درجه سانتیگراد درخروجی برج جذب در مبدل حرارتی E-108 تا 30 درجه سانتیگراد گرمتر شده و بار حرارتی پیش گرمکن اتان به مقدار 1845900 کیلو ژول در ساعت کاهش مییابد . همچنین با استفاده از مبدل حرارتی E-103 در خروجی برج دفع از انرژی گازهای خروجی برج دفع جهت گرم کردن MEA خروجی برج T-2001 استفاده شده است که این خود سبب کاهش بار حرارتی کولر بعد از آن به میزان 77060 کیلو ژول در ساعت میشود و در نتیجه دبی جرمی آب خنک کننده کولر کاهش مییابد.
-1مقدمه :
شبیه سازی و بهینه سازی فرایندها در علم مهندسی شیمی بکمک نرم افزارهای شبیه ساز همواره مدنظر بوده است. یکی از واحدهایی که بهسازی و افزایش راندمان در آن بسیار حائز اهمیت می باشد و تقریبا در همه جای صنعت کاربرد دارد واحد تصفیه گاز و شیرین سازی آن است.[2] یکی از متداولترین روشها جهت شیرین سازی گاز ترش استفاده از محلولهای آمین میباشد.
در صنعت جهت جداسازی H2S و CO2 از گاز طبیعی از برجهای جذب سینی دار استفاده می شود که محلولهای آمین در این برجها گازهای اسیدی را از گاز طبیعی جدا می نمایند از آنجائیکه وجود این قبیل ترکیبات اسیدی موجود در گاز ترش سبب خاصیت خورندگی می شود باید قبل از ورود گاز طبیعی به خط لوله از حذف شدن آنها اطمینان حاصل کرد. این عمل معمولا با استفاده از محلولهای آبی آلکانول آمینها به عنوان محلول نظیف کننده با حذف ترکیبات اسیدی سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گاز طبیعی جهت شیرین سازی گاز ترش صورت می گیرد.
گازهای جذب شده بر روی آمین از محلول آمین جدا شده بطوریکه میتوان از محلول آمین مجددا استفاده نمود. آمینها به اندازه کافی قوی نیستند که بتوانند تمام مرکاپتانهای اتیل و متیل را از جریان گاز مایع حذف کنند؛ در نتیجه حلالهای شیمیایی - آمینها - زمانی برای شیرین سازی جریان گازی بکار میروند که ناخالصیهای اصلی موجود و مشکل زا سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن باشند.[3] خانواده آلکانول آمین ها که در صنعت شیرین سازی گاز بکار می روند به ترتیب ساختار مولکولی چنین می باشند :
. مونواتانول آمین - - MEA : HO-C 2 H4-NH2
. دی اتانول آمین{ DEA : - HO-C2H4 - 2=NH }
. تری اتانول آمین - - TEA : - HO-C2 H4 - 3=N
. دی گلا یکول آمین - - DGA : HO-C2H4-O-C2H4-NH2
. دی ایزو پروپانول آمین{ DIPA : - HO-C3H6 - 2 =NH - }
. متیل دی اتانول آمین[8] { MDEA : - HO-C2H4 - 2=N-CH3 - }
بخش بزرگی از گاز طبیعی شیرین شده خوراک صنعت پتروشیمی می گردد غلظت بیش از حد استاندارد گاز های اسیدی فرآیند های پتروشیمیایی را با اختلال مواجه می کند. یک مولکول آمین حداقل دارای یک گروه هیدروکسیل و یک گروه آمین است.گروه هیدروکسیل باعث کاهش فشار بخار و به افزایش حلالیت در آب کمک میکند و گروه آمین خاصیت قلیایی برای حذف گازهای اسیدی را در محلولهای آبی بوجود می آورد.[5] کیفیت تاثیر آمینها در جذب هر دو گاز اسیدی به خاصیت بازی بستگی دارد و میزان خاصیت بازی آمینها متفاوت است.
حلال مناسب تابع عواملی ازقبیل: قدرت بالای حلالیت گازهای اسیدی، برگشت پذیری آسان واکنش بین حلال و عامل اسیدی، فشار بخار حلال، درجه خورندگی حلال، هزینه خرید حلال، ویسکوزیته حلال - اقتصادی بودن هزینه پمپاژ و انتقال - می باشد. از نظر خواص عمومی منجمله غیر سمی، غیر قابل احتراق، از نظر شیمیایی پایدار و نقطه شروع انجماد پایین هم بسیار مهم می باشد، تا کنون تجربه های عملیاتی ثابت کرده است که خانواده آلکانول آمین ها مجموعه خواص مذکور را دارا می باشند.[4]
-2شرح فرایند :
خوراک اتان واحد که از B.L واحد - Battery limit - تامین میشود که شامل بیش از 0.82% حجمی CO2 می باشد بعلت اینکه خوراک حاوی مقادیر زیادی از CO2 می باشد یک پروسس شستشوی شیمیائی جهت حذف CO2 با حلال مونواتانول آمین - MEA - در نظر گرفته شده است. [6]
-1-2حذف CO2 از خوراک گازی اتان:
در واحد شستشو با MEA جریان اتان عاری از CO2 می گردد، بطور یکه درصد آن تقریبا به 50 ppm حجمی میرسد محلول MEA سبک از سینی 22 وارد برج شستشو با - T-2001 - MEA شده و جهت جدا سازی گاز اسیدی بطرف پایین جریان می یابد تر کیبات ترش نیز بوسیله جذب شیمیائی از اتان جدا می گردد.در بالای برج نیز ، مقادیر جزئی حلال از طریق شستشو با BFW در روی چهار سینی اضافی از گاز خالص سازی شده جدا می شود گاز اتان خروجی از برج T-2001 تحت فشار 17 bar با گازهای بر گشتی از واحد اتیلن مخلوط شده و و تا دمای 50 درجه در پیش گرم کن اتان بر گشتی - E-2113 - گرم می شود سپس به کورهای کراکینگ ارسال می گردد.
فشار جریان اتانی که از battery limit می آید در دمای 37درجه توسط PIC-20107 - فشار Overhead برج - T-2001 کنترل شده و این جریان وارد بخش پایینی برج جذب T-2001 می گردد تمامی عملیات تحت فشار 17bar انجام می گیرد. گاز اتان بصورت جریان نا همسو با محلول MEA سبک که از بالای سینی 22 وارد شده وبطرف پایین می آید، بسمت بالا جریان می یابد. محلول MEA سبک از طریق پمپ MEA سبک P-2071A/B وارد برج می گردد .
مقدار جریان MEA سبک نیز توسط - FIC-20111 - در دمای 45 درجه کنترل می گردد . CO2 موجود در جریان گازی اتان که از B.L واحد Battery limit می آید ، در محل جذب خود یک واکنش بر گشت پذیر با محلول MEA برقرار می کند. در نتیجه بطور مرتب و پی در پی گاز جریان یافته بسمت بالا ، عاری از هر گونه CO2 شده وازطرف دیگر محلول MEA جریان یافته بسمت پایین برج انباشته از CO2 خواهد شد.
در نقطه تزریق محلول MEA سبک به برج نیز 4 سینی تعبیه شده است . در این قسمت گاز مجددا با BFW - Boiler feed water - شستشو داده میشود تا همه محلول باقیمانده در گاز بازیافت شود و همچنین اتلاف محلول MEA بحداقل رسیده واز خوردگی تجهیزات مربوط به جریان پایین دستی جلوگیری شود BFW از پمپ کندانس P-5472A/B تامین می گردد و مقدار جریان آن قبل از وارد شدن به برج در قسمت بالائی سینی شماره 26 توسط - FIC-20110 - کنترل می گردد برج شستشو با MEA در قسمت بالائی نیز با یک رطوبت گیر یا نم گیر - Demister - تجهیز شده است. بنا براین محصول بالا سری برج، عاری از هر گونه قطرات مایع می گردد. [6]
-2-2احیاء محلول : MEA
محلول آمین انباشته شده که محلول آمین غنی نیز نامیده میشود در برج احیاء MEA احیاء خواهد شد و در آنجا عاری از هرگونه CO2 خواهد شد و دوباره به برج - T-2001 - شستشو با MEA وارد میگردد. در برج احیاء - T-2002 - MEA، CO2 در فشار حدود 0.7bar و در محدوده دمای بین 100C-200C از حلال جدا می شود فشار مورد نظر توسط PIC-20505 کنترل میگردد. گاز عریان ساز - Stripping - مورد نیاز بخار می باشد که در ریبویلر E-2011 از تبخیر بخشی از آب موجود در حلال حا صل می گردد. فشار محلولMEA غنی شده در جریان ورودی مبدل E-2014 MEA - - lean/rich توسطLV-20104 از فشار حدود 14.3 Bar به فشار 0.7 Bar تقلیل می یابد.
