دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
فرمت فایل: word
تعداد صفحه:91
فهرست
مقدمه ۳
چکیده ۴
فصل اول
شیرین کردن گازها با اتانول آمین ها
تعریف عمومی گازها ۶
انواع گاز طبیعی ۶
ناخالصی های موجود در گازها ۷
پالایش گازها ۷
روش آمین ۹
انتخاب نوع فرآیند ۱۰
تجهیزات لازم فرایند تصفیه گاز ترش با آمین ها ۱۱
فرآیند تصفیة گاز ترش با دی اتانول آمین (DEA) ۱۲
اثر گازهای اسیدی جذب شده روی خواص فیزیکی آلکانول آمین ۱۶
واکنش های شیمیایی فرآیند شرین کردن گاز طبیعی ۱۷
حلالهای جاذب ۱۹
ویژگیهای زداینده گازها و حلالهای جاذب ۲۰
معرفی آمین ها و معیار انتخاب آنها ۲۱
تولیداتانول آمین ها ۲۲
خصوصیات اتانول آمین ها ۲۵
کاربرد اتانول آمین ها ۲۸
مزایای دی اتانول آمین نسبت به موتور اتانول آمین ۲۹
ظرفیت، تقاضا و قیمت اتانول آمین در سطح جهان ۳۰
فصل دوم
فرایند نوینی برای بازیافت DEA از محلولهای نیمه فاسد شده:
تشریح فرایند وتعادل فازی سیستم دی اتانول آمین – بی (هیدروکسی اتیل) پیپرازین
تری (هیدروکسی اتیل) اتیلن دی آمین – هگزادکان ۳۴
فرایند نوین ۳۶
مشخصات مایع بی اثر ۳۸
بررسی تعادل بخار مایع(VLE) ۳۹
ترمودینامیک تعادل بخار – مایع ۳۹
مخلوط‌های دوتایی ۴۵
مخلوط‌های چند جزیی ۴۸
آنالیز رگرسیون داده‌های تعادلی بخار – مایع ۴۹
مواد، تجهیزات و روشهای آ‌زمایشگاهی ۵۳
فصل سوم
فرایند نوینی برای بازیافت DEA از محلولهای نیمه فاسد شده:
آنالیز فرایند ۵۶
تقطیر تحت شرایط جریان برگشتی کامل ۵۶
آنالیز فرایند با شبیه ساز ASPEN ۶۵
تقطیر ناگهانی ۶۶
تقطیر جزئی و ناگهانی ۶۸
اثر شرایط عملیاتی بر اجرای فرایند ۷۲
شبیه سازی فرایند پیشنهادی با دو ستون تقطیر ۸۰
نتیجه ۸۴
ضمیمه ۸۶
معادلة NRTL و پارامترهای آن ۸۸
مراجع ۸۹
مراجع
[۱] بهینه سازی محاسبات فرایندی با نرم افزار در واحدهای تصفیه گاز تش با آمین، مهندس قدرت ا… نوبخت،مقاله.
[۲] استخراج، جداسازی واندازه گیری هیدروکربورهای موجود در مخلوط دی اتانول آمین و آب مصرفی در پالایشگاه گاز، محمد جواد افشار، ابوالفضل همتیان،مقاله
[۳] بهینه سازی پارامترهای واکنش شیمیایی در سیستم گاز ترش و آمین، محمود مشفقیان، فصلنامه تحقیق، شماره ۵ ، تابستان ۱۳۸۴
[۴] روشهای متفاوت پالایش گاز، مهندس عبدالعظیم کاووسیان، مقاله.
[۵] مجموعه مقالات سمینار بررسی آمین DEA- در واحدهای تصفیه گاز، شهریور
تعریف عمومی گازها
در طبیعت مواد به اشکال و حالتهای مختلف وجود دارند که هر حالت یک فاز نامیده می شود. مثلاً فاز جامد، فاز مایع، فاز گاز، فاز پلاسما. گازها فازی از ماده هستند که فاصله بین مولکولها زیاد ونیروی جاذبه بین مولکولهای آنها ناچیز می باشد. چنانچه در هر ظرفی قرار گیرند، شکل آن ظرف را پیدا می‌کنند.
انواع گاز طبیعی
گاز طبیعی: ماده ای است که در بسیاری از نقاط جهان بصورت مخازن گازی دراعماق زمین وجوددارد.
گاز چاهی: گازی است که بطور مستقیم از چاه بهره برداری می شود.
گاز خام: به ماده اولیه گازی که بواحدهای شیمیایی داده می شود، اتلاق می گردد.
گاز خط لوله: گاز قابل فروش که مشخصات قابل قبول خریدار داشته باشد و یابا استاندارد متداول ممکن وفق دهد.
گاز ترش: گازی است که به مقدار قابل ملاحظه سولفید هیدروژن () یا دی اکسید کربن() و یا هر دوی آنها را داشته باشد.
گاز شیرین: گازی است که سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن آن حداقل مجاز مناسب خط لوله باشد.
گاز خشک: گازی است که کم تر از یک دهم گالن هیدروکربن و بالاتر در هزار فوت مکعب داشته باشد.
گاز تر: گازی است که بیش از یک دهم گالن هیدروکربن و بالاتر در هزار فوت مکعب داشته باشد.[۱]
ناخالصی های موجود در گازها
ناخالصیهای موجود در گازها عبارتند از :
- نیتروژن () – سولفید هیردوژن () – دی اکسید کربن()
- آب () – هلیم(He) – گوگرد(S)
- دی سولفید کربن () – سولفاید کربونیل(COS)
- مرکاپتان مانند متیل مرکاپتان واتیل مرکاپتان(R-SH)
معمولاً بیش از همه ناخالصی های فوق، گازهای و در گاز طبیعی یافت می شوند که باید با روش های مناسب زدوده شده و قابل فروش و مصرف استاندارد گردد. سایر ناخالصی ها معمولاً همراه و زدوده می شوند مگر آنکه بطور استثناء روش خاصی برای حذف آنها لازم باشد. روش جذب ناخالصی ها بستگی به میزان هر کدام در گاز دارد . نسبت سولفید هیدروژن به دی اکسید کربن در گاز ممکن است خیلی متغیر باشد و لذا روشهای زدودن آنها می تواند متفاوت باشد.
پالایش گازها
دلایل پالایش گاز و جذب و گازها آن طوریکه در طبیعت وجوددارد کمتر قابل مصرف بوده و به دلایل مختلف باید پالایش شود. مهمترین دلایل پالایش گاز عبارتند از:
- خورندگی و مسموم کنندگی
- فقدان ارزش حرارتی
- استحصال انرژی
- استفاده از گاز در ترکیبات شیمیایی و پتروشیمیایی
- حفظ محیط زیست[۲].
روش های پالایش گاز
قبل از پیدایش روش های معمول، برای حفظ و از گاز طبیعی از آهک استفاده می شد و آهک مصرف شده دور ریخته می شد. در سال ۱۹۱۰ روش اکسیدآهن ابتدا در انگلستان و بعد در سایر نقاط جهان رواج یافت. در سال ۱۹۲۰ روش کربنات پتاسیم یا سی بورد [۱]بوسیلة کمپانی کوپر[۲] معرفی شد. در واقع این اولین روش تجاری بود که گازهای اسیدی بوسیلة مایع شستشو داده می‌شدند. روش استفاده از آمین در سال ۱۹۳۰ به ثبت رسید و در سال ۱۹۳۹ روش مخلوط آمین و گلیکول پیشنهاد شد که پالایش و خشک کردن گاز را یک جا انجام می داد. د ۱۹۴۸ تجاری کردن این روش ها تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. روش های جذب سطحی سولفینول [۳] در سال ۱۹۶۵ بوجود آمد و روش فلور و استفاده از غربالهای مولکولی بتدریج جایگزین روش های قدیمی گردید. بطور کلی روش های پالایش گاز در چهار گروه دسته بندی می شوند:
۱- روش استفاده از حلال های شیمیایی مثل آمین ها، مخلوط گلیکول، آمین وکربنات پتاسیم.
۲- روش استفاده از حلال های فیزیکی مثل پروپیلن، دی متیل اتر. تتراهیدروتیوفن دی اکسید.
۳- روش اکسید کردن گاز سولفید هیدروژن مانند روش هودری و اکسید آهن.
۴- روش جذب سطحی مانند استفاده از غربال های مولکولی[۴] [۳].
فاکتورهای انتخاب روش پالایش:
انتخاب هر یک از این روش ها برای پالایش گاز یک سلیقة شخصی نیست و به فاکتورهای مختلفی مانند فشار عملیاتی، درجه حرارت گاز مورد پالایش، نقطه جوش ماده پالایش کنند، گرمای حاصل از فعل و انفعالات در داخل برج جذب کننده، غلظت ماده مصرفی، مقایسه قیمت مواد مورد لزوم و بالاخره سرویس های در دسترس و مورد احتیاج بستگی دارد. بطور خلاصه نسبت سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن در گاز مورد پالایش و کیفیت مورد تقاضا برای گاز پالایش شده روش انتخابی جهت پالایش گاز را تعیین می کند.
احیاء عامل جذب گازها:
در روش یاد شده عامل جذب گازهای اسیدی. اعم از حلال های فیزیکی و یا شیمیایی را پس از استفاده می توان احیاء نمود و مجدداً مورد استفاده قرار داد. به عبارتی فقط مقدار بسیار کمی از آن تلف شده و یا احتیاج به صاف کردن و تمیز کردن دارد. روش های دیگری هم هستند که در آنها ماده شیمیایی مصرف شده و دیگر قابل احیاء شدن نیست. اگر چه در این روش ها می توان حداکثر گازهای اسیدی را جذب نمود. اما بعلت همان مصرف مواد شیمیایی چندان بصرفه نیستند. مگر اینکه مقداری گاز اسیدی بسیار کم بوده و لازم باشد همان مقدار کم را هم از گاز جدا نماییم. مانند استفاده از گاز برای آلکیلاسیون و یا تهیه آمونیاک و یا سایر کاربردهای پتروشیمی.
روش آمین
تا سال ۱۹۳۰ روش سی بورد با استفاده از محلول کربنات پتاسیم متداول بود و مشکل این روش در آن زمان این بود که محلول تا حدی خاصیت خود را از دست می داد و مقداری تیوسولفات در آن ایجاد می‌شد که قابل برگشت و احیاء نبود. بعلاوه با تغییر دما کربنات پتاسیم در دستگاهها رسوب کرده و مشکلات عملیاتی ایجاد می کرد و ضمناً این روش برای فشار های بیش از (۵۰۰ Psi) مناسب نبود. در سال ۱۹۳۰ کمپانی گیردلر[۵] استفاده از آمین ها بای جذب گازهای اسیدی را پیشنهاد و انحصار آنرا بنام خود ثبت نمود. آمین ها خاصیت آن را دارند که در دماهای معمولای گازهای اسیدی جذب کرده و در دمای بالاتر آنها را دفع نمایند، لذا در تصفیه گازها دو نوع برج، برای جذب و دفع گازهای اسیدی در نظر گرفته می شود که به ترتیب به نام برج جذب [۶] و برج دفع [۷] یا احیاء معروف می باشد.
انتخاب نوع فرآیند
شیرین سازی به عواملی نظیر دما و فشار گازی که باید تحت تصفیه قرارگیرد، غلظت اجزای اسیدی و درصد خلوص مورد نیاز گاز شیرین شده بستگی دارد. همچنین بایدتوجه شود که جذب همزمان یا انتخابی و مورد نظر است. با توجه به متفاوت بودن مقدار مجاز ناخالصی های از نوع و در گاز مصرفی، با به کارگیری حلال های انتخابگر ، جذب اجزای اسیدی موجود در گاز به سمت جذب بیشتر نسبت به سوق داده می شود و در نتیجه ظرفیت اشغال نشدة حلال انتخابگر توسط ، صرف جذب مقادیر بیشتری می شود و به این ترتیب ظرفیت واحد شیرین سازی افزایش پیدا کند. با عنایت به این مطلب که در واکنش انواع آمین ها با سولفید هیدروژن ، تعادل شیمیایی به سرعت حاصل می شود و غلظت سولفید هیدروژن در کلیة نقاط فیلم مایع به غلظت تعادلی آن می رسد، می توان چنین نتیجه گرفت که مکانیزم کنترل کننده در جذب آن واکنش شیمیایی است. اما واکنش آمین ها با از چنین کیفیتی برخوردار نیست، چرا که در حین واکنش مصرف می شود و عمدتاً درگیر واکنش های غیربرگشتی می شود که غلظت را در تودة مایع به صفر می راند. بدین لحاظ جذب فیزیکی مکانیزم کنترل در جذب آن به شمار می رود. بنابراین هر چه واکنش هایی که درگیر آنها می شود سرعت بیشتری داشته باشند و را بهتر مصرف کنند، جذب موفق تر خواهد بود.
تجهیزات لازم فرایند تصفیه گاز ترش با آمین ها
فرایند تصفیه توسط آمین ها مشابه یکدیگر بوده و قسمت های اساسی فرایند (شکل ۱-۱) در همه یکسان است. تجهیزات اصلی این فرایند ها عبارتند از :
جداکننده و فیلتر در مسیر گاز ورودی.
برجهای تماس دهنده گاز و آمین(برجهای سینی دار یا پرشده).
برج های احیاء آمین و دفع گازهای اسیدی.
مبدل های حرارتی جهت گرم کردن آمین خروجی از برج های جذب.
مبدل های حرارتی جهت سردکردن آمین خروجی از برج های احیاء.
ریبویلر برای گرم کردن سیال در برج های احیاء.
کندانسور برای میعان گازهای اسیدی و بخارات متصاعده از برج های احیاء.
ظرف جمع آوری آب رفلاکس و تجهیزات برگشت دادن آن به بالای برج احیاء.
پمپ های انتقال آمین از برج های احیاء تا پمپ های اصلی گردش آمین، که آمین را به بالای برج های تماس می فرستند.
خنک کننده های هوایی و آبی در سیر آمین رقیق.
ظرف تبخیرناگهانی آمین غنی و مسیر فیلتراسیون آمین و تجهیزات جانبی.
فرایند تصفیهء گاز ترش با دی اتانول آمین (DEA)
بکارگیری محلول DEA برای تصفیه گاز طبیعی اولین بار توسط برتر . صورت گرفت و سپس توسط وندت ، دایلی ، بایلول تکمیل گردید. این روش که به فرآیند DEA – S.N.P.A معروف است توسط انجمن ملی نفت فرانسه توسعه یافت. بنا به تجارب SNPA این فرآیند در حال حاضر بخوبی پذیرفته شده است و برای فرآیندی که دارای درصد بالایی از گازهای اسیدی، فشار بالا و ناخالصیهائی مثل COS باشد، مناسبترین روش تشخیص داده شده است. وجود این ترکیبات هیچگونه اثری روی محلول DEA نمی گذارد. برای تصفیه گازهای پالایشگاهی غلظت محلول ۱۰-۲۵% DEA و برای تصفیه گاز طبیعی از غلظت ۲۵-۳۰% استفاده می شود. در مقیاس صنعتی فرآیندهای مختلفی برای جذب گازهای اسیدی با اتانول آمینها وجوددارد که نمونهء متعارف آن بعداً نشان داده خواهد شد. گازهای اسیدی از قسمت پایین وارد برج جذب می گردند و از بالا آمین تمیز بصورت جریان متقابل وارد برج می شود، گازهای اسیدی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن ضمن تماس با محول آمین پس از نفوذ در فاز مایع واکنش شیمیایی انجام داده و از تودة گاز خارج می گردند و فاز مایع واکنش شیمیایی انجام داده و از تودة گاز خارج می گردند و بدین ترتیب تودهء گاز ضمن عبور از برج جذب تصفیه می گردد. محلول آمین خروجی از پایین برج که گازهای اسیدی را در خود حل کرده است، ضمن گرم شدن در مبدلهای حرارتی وارد برج تفکیک می گردد. در واحدهای شیرین سازی در فشارهای بالا، قبل از برج تفکیک معمولاً از یک ظرف تبخیر ناگهانی جهت جدا کردن هیدروکربنهای حل شده در آمین استفاده می شود. در برج تفکیک با استفاده از بخار و حرارت، واکنش معکوس انجام می گیرد و محلول آمین، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن را از دست می دهد. محلول پس از خنک شدن در مبدلهای حرارتی مجدداً وارد برج جذب می شود واین سیکل به همین شکل تکرار می‌شود(شکل ۱-۱). فرآیند جذب بر اساس واکنش اسید، باز و تولید نمک با پیوندهای ضعیف میباشد.
روش آمین پکیچ:
در این روش گازهای و از خوراکیهایی که شامل گاز طبیعی می‌شود با کمک اتانول آمین جذب می شوند. این روش مبتنی بر دستیابی به تعادل شیمیایی در فاز مایع می باشد. در محلولهای آبی و تحت یک مکانیزم خنثی اسید و بازی با آلکانول آمین ها وارد واکنش می شوند . واکنش های اسید و باز تعادلی که انجام می شود، به کمک روابطی تجزیه شیمیایی و بر مبنای تحلیل کنت و ایزنبرگ می باشد. واکنش هایی که صورت می گیرند عبارتند از:
در واکنش های فوق عبارت است از ثابت تعادل برای واکنش i ام و معرف آلکانول آمین است و R نشان دهندهء یک گروه آلکیل ، آلکانول و یا هیدروژن است.
علاوه بر واکنش های اسیدی و بازی مندرج در بالا بطور مستقیم با آمین های نوع اول و دوم واکنش می دهد و یون های کاربامات پایداری حاصل می کند که می توانند به فرم یونهای بی کربنات تبدیل شوند.
آمین های نوع سوم نظیر متیل دی اتانول آمین (MDEA) کاربامات پایداری حاصل نمی کنند. در محلول آبی MDEA، تنها قادر به تشکیل کربنات خواهد بود. ثابتهای واکنش شیمیایی ها توسط رابه زیر بیان می شوند.
ثابت تعادل مربوط به واکنش تجزیه آمین پروتونه شده، با توجه به استفاده از آمین خالص به عنوان حالت مبنا تصحیح شده است. این کار بکمک محاسبه ضریب اکتیویتة در حال رقت بینهایت آمین در آب و با استفاده از داده های آزمایشی سیستم آب – آمین بدست آمده است. آنتالپی مایع نیز به کمک روش ایده آل محاسبه شده و یک ضریب تصحیح به دلیل گرمای واکنش در آن اعمال گردیده است و از فرم کلازیوس-کلاپیرون تکمیل شده بصورت زیر بدست می آید.
عوامل موثر در عملیات تصفیه گاز ترش:
جهت طراحی صحیح واحد آمین باید عوامل مؤثر در عملیات راشناخت. تأثیر متقابل این عوامل روی عملیات شناخته شده است و تأثیر بعضی دیگر ناشناخته و بسیار پیچیده است. این عوامل عبارتند از :
- اثر تغییرات مقدار بخار ریبویلر برج احیاء و نسبت / در گاز ترش روی غلظت و باقیمانده در محلول آمین رقیق: یکی از متغیرهای اولیه را محاسبات تعادلی اجزاء گاز اسیدی نسبت / در گاز ترش است. چنانچه این نسبت در گاز ترش افزایش یابد غلظت باقیمانده در محلول آمین زیاد می شود.
اثر گازهای اسیدی جذب شده روی خواص فیزیکی آلکانول آمین ها:
الف) اثر روی PH ملول آمین:
چنانچه میزان بار برداشت گاز اسیدی افزایش یابد، PH محلول کاهش می یابد. بعلاوه افزایش دمای محلول آمین نیز PH محلول را کاهش می دهد. مجموع این دو عامل ممکن است در بعضی نقاط مانند مبدل حرارتی آمین – آمین، قست بالای برج احیاء به خورندگی شدید منجر شود.
