تحقیق شيرين سازي گاز ترش (docx) 38 صفحه
دسته بندی : تحقیق
نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد صفحات: 38 صفحه
قسمتی از متن Word (.docx) :
شيرين سازي گاز ترش
مقدمه :
در اين مقاله به صورت بسيار مختصر وچکيده در باره يکي از وظايف عمده پالايشگاه که همانا قابل مصرف کردن گازهاي خام استحصالي از چاه هاي حوزه نار و کنگان است بحث مي شود و به اين سوال پاسخ داده مي شود که منظور از گاز ترش و يا گاز شيرين چيست و چگونه گاز ترش شيرين مي گردد ؟
وجود عوامل اسيدي هيدروژن سولفورو (H2S ) و گاز کربنيک ( CO2 ) با غلظت هاي متفاوت در مخلوطي ازگازها خصوصا گاز طبيعي را در صنعت گاز ترش ناميده اند و چنانچه اين عوامل اسيدي از جريان گاز حذف نشوند صدمات قابل ملاحظه اي به شبکه انتقال به سبب وجود فرآيند خوردگي و دستگاه هاي مصرف کننده گاز وارد مي گردد عمده گاز ترش از ميادين گاز طبيعي استحصال مي شود و عمليات حذف عوامل اسيدي از جريان گاز ترش را شيرين کردن گاز مي گويند . منظور از شيرين سازي گاز طبيعي بهره گيري از يک ترکيب فرآيند شيميايي فيزيکي براي جذب عوامل اسيدي از جريان گاز مي باشد .
برخي از دلايل عمده براي شيرين کردن گاز ترش بشرح زير اند :
1 - خوردگي : با حل شدن گازهاي اسيدي در فاز مايع که در کف لوله ها ي خطوط انتقال و تجهيزات ضمن افت فشارجريان تشکيل مي گردد محيط فاز مايع اسيدي شده (کاهش PH ) و ديواره فلزي خطوط و تجهيزات که اغلب از آلياژهاي آهن مي باشند تحت تاثيرفرآيندخوردگي اسيدي قرار مي گيرد و سبب خرابي وتوقف در جريان مي شود و تداوم خوردگي به معني از دست دادن سرمايه در صنعت محسوب مي شود .
2 – نشت گاز سمي و بوي نامطبوع : نشت گاز ترش و استنشاق آن توسط جانداران خصوصا انسان سبب حمله گاز اسيدي H2S به مخاط بيني شده و در زمان بسيار کوتاهي کارايي ياخته هاي مخاط بيني را کاهش مي دهد و درنتيجه حس بويايي را از کار مي اندازد و در غلظت زياد سبب مرگ مي شود. در اغلب جريانات گاز طبيعي ترکيبات گوگردي ديگري بنام مرکاپتان ( R-S-S-R ) وجود دارند که با نشت گاز در محيط بوي نامطبويي پراکنده مي شود و اثرات رواني بدي بر جا مي گذارد البته از اين خاصيت هم براي رديابي نشت گازدر محل مصرف ضمن کنترل غلظت آن استفاده مي گردد .
3 – کيفيت خوراک صنايع پايين دستي : بخش بزرگي از گاز طبيعي شيرين شده خوراک صنعت پتروشيمي مي گردد غلظت بيش از حد استاندارد گاز هاي اسيدي فرآيند هاي پتروشيميايي را با اختلال مواجه مي کند .
طراحي فرآيند هاي شيرين سازي گاز ترش
در طراحي فرآيند هاي تصفيه گاز شروط امکان پذيري و اقتصادي بودن طرح مهمترين بخش طراحي مي باشد تا کنون اقدامات بسياري در اين صنعت براي عملياتي کردن و بدست آوردن شرايط بهينه انجام شده است و محققين ايده هاي جديدي براي به روز رساني فن آوري شيرين سازي گاز به بازار صنعت ارائه مي نمايند به نظر مي رسد تا کنون طرحي که شامل بهره گيري از يک حلال مايع در يک برج جذب باشد در منظر اقتصادي و راستاي سهولت عملياتي قابل رقابت ارائه نشده است .
انتخاب حلال مناسب اساسي ترين گزينه در طراحي مي باشد . طراح با در نظر گرفتن حجم تصفيه گاز در روز ترکيبات گاز ترش ، ميزان گازهاي اسيدي و رسيدن به غلظت استاندارد حلال مناسب را انتخاب مي کند .
انتخاب حلال مناسب: حلال مناسب تابع عواملي ازقبيل : قدرت بالاي حلاليت گازهاي اسيدي ، برگشت پذيري آسان واکنش بين حلال و عامل اسيدي ، فشار بخار حلال ، درجه خورندگي حلال ، هزينه خريد حلال ، ويسکوزيته حلال (اقتصادي بودن هزينه پمپاژ و انتقال) مي باشد . از نظر خواص عمومي منجمله غير سمي ، غير قابل احتراق ، از نظر شيميايي پايدار و نقطه شروع انجماد پايين هم بسيار مهم مي باشد . .
تا کنون تجربه هاي عملياتي ثابت کرده است که خانواده آلکانول آمين ها مجموعه خواص مذکور را دارا مي باشند از خواص شاخص آمين ها علاوه بر دارا بودن خواص پيش گفته مي توان به قليايي بودن در محيط آب بدليل وجودگروه آمينو N-H و وجود گروه O-H که سبب افزايش حل شوندگي در آب مي گردد و وجود پيوند هاي هيدروژني که فشار بخار مايع را کاهش مي دهد و حضور گروه الفتيک Alphatic ، CH3 ) *n ) که بخش عمده اي از ساختار مولکول را تشکيل مي دهد وخواص مواد هيدروکربني را به همراه دارد اشاره کرد .
انتخاب نوع آمين به عوامل زير بستگي کامل دارد :
- ظرفيت جذب گازهاي اسيدي : فاکتوري که براي مقايسه بين آمين ها تعيين کننده است اين است که هرگروه ازآمين ها بتواند با حجم کمتر بيشترين ميزان جذب گازهاي اسيدي را داشته باشد و از نظر عملياتي و اقتصادي مورد تاييدباشد بالاترين امتياز را به خود اختصاص خواهد داد .
- ميزان هدر رفت آمين در فرآيند جذب و احياء : هدر رفت آمين به مقدار فشار بخارآمين بستگي دارد که تابعي از درجه حرارت برج جذب مي باشد چنانچه فشار بخار کم باشد بديهي است مقدار آمين همراه جريان گازکه از برج خارج مي شودکمتر خواهد بود .
ميزان هدر رفت آمين به موارد عمده اي از قبيل تجزيه آمين براثر حرارت وتبديل آن به مواد اسيدي ناخواسته ، ترکيب غيرقابل برگشت با گاز کربنيک و دورريز بواسطه اشکالات مکانيکي بستگي دارد . براي تعيين ميزان هدررفت آمين که بر اثر تجزيه و يا تشکيل ترکيبات پايدارآمين وابسته است در آزمايشگاه از محلول آمين آناليز کامل که شامل پايداري گرمايي نمک هاي همراه محلول ( H.S.S. ) بعمل مي آيدکه در نتيجه در صد سطح محصولات حاصل از فساد آمين و همچنين آلودگي آمين محاسبه مي شود .
آلکانول آمين ها
آلکانول آمين ها مواد قابل دسترس و فراواني هستند و به دليل سرعت واکنش با گازها ي اسيدي و همچنين توليد آنها با هزينه کم در صنعت شيرين سازي گاز به موقعيت بسيار مطلوبي رسيده اند . در نام گذاري آمين ها پيشوند مونو ( Mono ) و دي ( Di ) و تري (Tri ) به درجه ريشه راديکالي عنصر نيتروژن بستگي دارد و گروه O-H ( ا’ل ) به نام آنها اضافه مي گردد .
براي مثال واکنش هاي دي اتانول آمين که در برج تماس با گاز هاي اسيدي رخ مي دهد به قرار زيرند :
-S ( R2NH2 ) 2 × 2× ( R2NH ) + H2-S
-S + H2-S 2 × ( R2NH2-HS ) 2× ( R2NH2 )
R2NH + H2O + CO2 2 × ( R2NH2 )- CO3 × 2
R2NH2 ) - CO3 + H2O + CO2 2 × ( R2NH2-H CO3 )) × 2
2× ( R2NH ) + CO2 R2N-COO-NH2R2
واکنش هاي فوق با درجه حرارت پايين و فشار بالا به سمت راست ( در برج جذب انجام مي شود ) و با کاهش فشار و افزايش درجه حرارت ( در برج احياء انجام مي شود ) به سمت چپ گرايش مي يابد .
خانواده آلکانول آمين ها که در صنعت شيرين سازي گاز بکار مي روندبه ترتيب ساختار مولکولي چنين مي باشند :
مونواتانول آمين ( MEA : HO-C2H4-NH2 )
دي اتانول آمين{ DEA : ( HO-C2H4 )2=NH }
تري اتانول آمين (( TEA : ( HO-C2H4 )3=N
دي گلا يکول آمين ( DGA : HO-C2H4-O-C2H4-NH2 )
دي ايزو پروپانول آمين{ DIPA : ( HO-C3H6)2=NH) }
متيل دي اتانول آمين{ MDEA : ( HO-C2H4)2=N-CH3 ) }
رنگ ظاهري اتانول آمين ها بي رنگ و شفاف با بوي تند و زننده و از لحاظ شيميايي پايدارند و تحت تاثير حرارت تا نقطه جوش تجزيه نمي شوند به استثناي تري اتانول آمين که زير نقطه جوش در F 680 تجزيه مي شود . براي اطلاع ازخواص فيزيکي آمين ها به جدول شماره ( 1 ) مراجعه فرماييد .
فرآيند شيرين سازي
درفرآيند شيرين سازي گاز ترش با بهره گيري از هرنوع آمين که پيش از اين نام برده شد در مرحله عمل براي هدايت عمليات ظرافت ها و تمهيدات عملياتي خاص خود را دارند ودر يک فرآيندمشخص حجم معيني از محلول آمين در يک سيکل بسته با درجه حرارت کنترل شده در گردش بين دو برج تماس و احياء صورت مي گيرد . براي آگاهي و درک بهتر از سيکل گردشي آمين لازم مي دانم به صورت فشرده توضيحات مختصري ارائه نمايم .
محلول ساخته شده از آمين در مخزني که انباره و يا سرج درام ناميده مي شود به اندازه کافي شارژمي گرددعلاوه براين وظيفه ديگر اين انباره تحمل تلاتم جريان که نسبت معکوسي با کاهش و يا افزايش سطوح برج ها داردمي باشد . محلول آمين از سرج درام به خنک کننده هاي هوايي با پمپ ارسال تا درجه حرارت کنترل شود وپس از آن محلول آمين توسط پمپ فشار قوي به بالاي برج انتقال مي يابد و وارد برج تماس با گاز روي اولين سيني مي ريزد و پس از گذشتن از سيني هاي متعدد از پايين برج خارج مي گردد وگاز ترش هم از پايين برج وارد و پس از گذشتن از تمامي سيني ها از بالاي برج خارج مي شود در اين حرکت هاي معکوس گاز و محلول آمين فرآيند انتقال جرم انجام مي شود و گازهاي اسيدي توسط محلول آمين جذب و به اصطلاح آمين از گازهاي اسيدي غني مي گردد ( Rich Amine ) وسپس وارد فلش درام مي شود وبخشي ازگازهاي جذب شده ضمن افت فشار آزاد مي شوند وبمنظوردفع سالم به زباله سوزها منتقل مي شود و جريان محلول آمين از زيرفلش درام پس از گذشتن از مبدل هاي حرارتي به سمت برج احياء هدايت مي گردد . برج احياء در فشار کم و دماي بالا کار مي کند وطبق معادلات واکنش برعکس شده و گازهاي اسيدي از محلول آمين جدا مي شود . از بخار اشباع در جوشاننده ها به منظور افزايش دما استفاده مي شود . محلول آمين با کاهش بار اسيدي که به آن Lean Amine مي گويند از پايين برج احياءخارج مي گرددو به مخزن يا انباره سرج درام وارد مي شود .
عملا هر بخش از سيکل گردشي آمين مشکلات و توجهات خاص خودرا دارد به طوريکه محلول آمين پس از مدت زماني که در سرويس باشد تحت تاثير کيفيت گاز ترش آلوده شده و پديده هاي خوردگي لوله ها و برج ها ، فساد آمين ، گرفتگي مسير و کف کردن Foaming در جريان عمليات پديدار مي شوند و براي کنترل اين عوامل مخرب که سبب کاهش توليد و از بين رفتن سرمايه مي شود راه حل هايي انديشيده شده است که با راهبردهاي فني و نظارت مستمر سرپرستان تحت کنترل قرار مي گيرند . البته هريک از موضوعات که نامبره شد سر فصل هاي مقالات مهمي مي تواند باشد که بطور مجزا به آنها مي توان پرداخت .
شرکت پالايش گاز فجر جم داراي هشت واحد شيرين سازي گاز با ظرفيت طراحي 7 /11 ميليون مترمکعب در روز مي باشدوبامطالعاتي که براي افزايش ظرفيت در سالهاي گذشته انجام شدطرح افزايش ظرفيت اجرايي شد وهم اکنون ظرفيت هريک از واحدها به حدود 15 ميليون مترمکعب در رو افزايش يافته است ومجموعا امکان تصفيه گاز تا مرز 114 ميليون متر مکعب در روز فراهم شده است . نقطه شبنم گازشيرين ضمن عبورازواحدهاي سرمايش تنظيم مي گردد و پس از گذشتن از رديف هاي اندازه گيري وارد خط لوله 56 اينچ سراسري دوم مي شود وگازضمن عبوراز ايستگاه هاي تقويت فشارگاز به مبادي مصرف مي رسد .
جدول شماره ( 1 ) خواص فيزيکي آمين ها
فرمولواحدmeadeateadgadipamdeaوزن مولکوليMol Wt08/6114/10519/14814/10519/13317/119نقطه جوش mmHg760فارنهايت9/3382/5166804307/479477نقطه ذوب فارنهايت9/504/823/725/96/1078/5 -اعداد ثابت در شرايط بحرانيفشار pSI6687/47435511/5478/54635/562دما فارنهايت6628/8277/9576/7565/75065/611دانسيته در 20 درجه سانتيگرادgm / cc018/1095/1124/ 1058 /1999 /00426/1وزن مخصوص درF 60 Lb/gal48/809/937/982/8-69/8Sp gr در F 60 20/200179/10919/11258/10572/1989/00418/1گرماي ويژه در F 60BTU/Lb608/06/07/0571/069/0-هدايت گرمايي در F 68BTU/Hr148/0127/0-121/0--گرماي نهان تبخير BTU/Lb35528823014/219185223گرانروي cp1/24350101340870101شاخص مرجع Ref Indدر F 684539/14776/14852/14598/14542/14685/1نقطه آتشگيري COCF200280365260255-ثوابت معادله آنتوينA024021/812303/86586/96211/88698/923/16B6/192146/231505/40551/27213/36008/7456C3/2033/17367/23754/24954/26571/311
ضرورت شيرين سازي گازهاي ترش :
جداسازي ناخالصي هاي درون گازها ومايعات ازنقطه نظر ايمني ، كنترل خوردگي ، تنظيم تركيب استاندارد محصولات گازومايع ، پرهيزازتشكيل هيدرات ( يخ زدن ) دردماهاي پائين ، كاهش هزينه هاي تقويت فشار گاز ، جلوگيري ازمسموميت كاتاليزورهاي كارخانجات دريافت كننده محصولات گازيامايع وبالاخره رعايت حدمجاز انتشار مواد آلاينده به محيط زيست ، الزامي مي باشد .
علاوه برتركيبات هيدروكربني سنگين وبخارآب ، گازطبيعي دراغلب موارد حاوي تركيبات مضري نظيرH2S ، CO2 وتركيبات گوگردي بوده وجداسازي آنها تاحدمطلوب ضروري مي باشد .
گازهاي اسيدي تركيبات بسيارخورنده وسمي بوده وبه تجهيزات ومحيط زيست صدمات جدي واردمي سازد . ازتركيب H2S وCO2 با آب تركيباتي نظير اسيدسولفوريك واسيدكربنيك توليد مي گردد . ازاين رو ، به آنها گازهاي اسيدي ( ACID GASES ) اطلاق مي شود .
گازطبيعي حاوي H2S وديگرتركيبات گوگردي راگازترش ( SOUR GAS ) گويند ودرصورت كمتربودن ميزان تركيبات فوق درگازطبيعي ازحدمجاز به آن گازشيرين ( SWEET GAS ) گفته مي شود .
حضور H2S وCO2 درگازطبيعي موجب بروزخوردگي وكاهش ارزش حرارتي گاز ( ودرنتيجه نزول قيمت آن ) شده واثرات مخربي برمحيط زيست مي گذارد .
تركيبات گوگردي آلاينده گازها ومايعات هيدروكربني عبارتند از :
HYDROGEN SULPHIDEH-S-HH2S CARBONYL SULPHIDEO=C=SCOSMERCAPTAN SULPHIDER-S-HRSHDIALKYL SULPHIDER-S-RR2SDIALKYL DISULPHIDER-S-S-RR2S2
RING SULPHUR
SSS ELEMENTALSULPHUR CS2 S=C=S CARBON DISULPHIDE
يكي ازراههاي تشخيص لزوم شيرين سازي گازهاي ترش محا سبه فشــار جزئـي
(PARTIAL PRESSURE ) گازهاي اسيدي مي باشد كه ازطر يق رابطه زير بدست مي آيد :
جزء مولي گازاسيدي × فشار سيستم = (P.P)فشار جزئي گازاسيدي
درصورت افزايش فشار جزئي گازCO2 درمخلوط گازهيدروكربني به بيش از30 ( PSIA ) خورندگي CO2 ( درحضورآب ) بوقوع مي پيوندد . دما ، فشار وغلظت آب ازعوامل تشديد خوردگي CO2 مي باشند . افزايش فشارسيستم موجب افزايش حلاليت CO2 وافزايش دما باعث كاهش حلاليت آن مي گردد .
لذا درصورت عدم استخراج CO2 ( به اندازه كافي ) ازدرون گازطبيعي ، استفاده ازموادضدخوردگي با انتخاب جنس ويژه جهت تجهيزات وخطوط لوله انتقال گازضروري خواهد بود . درصورتي كه فشار جزئي CO2 پائين تر از15 ( PSIA ) باشد ، خورندگي CO2 رخ نمي دهد .
علاوه برمواردفوق ، مشكلات عملياتي ناشي ازحضور CO2 درتركيب خوراك فرآيندهاي شيميائي ، مسائل اقتصادي انتقال گازطبيعي حاوي مقدارزيادي CO2 ازطريق خطوط لوله درمسافت هاي طولاني وهمچنين جداسازي وتزريق CO2 به ميادين نفتي ( بازيافت مجدد نفت خام ) جهت جلوگيري ازتأثيرگلخانه اي گاز CO2 دراتمسفر زمين ازجمله مواردقابل توجه مي باشند .
انجماد CO2 درفرآيند مايع سازي گازطبيعي ( LNG PLANTS) موجب انسداد خطوط لوله ، مبدل هاي حرارتي وغيره مي گردد .
شيرين سازي گازطبيعي دراثر افزايش فشارجزئي H2S به بيش از05/0(PSIA ) الزامي خواهدبود
منحني هاي فشارسيستم دربرابر جزء مولي H2S كه توسط انجمن ملي مهندسان خوردگي * (NACE ) منتشرگرديده است . وضعيت SULPHIDE STRESS CRACKING درسيستم هاي تك فازي ( گاز ) ودوفازي ( گاز/مايع ) رانشان مي دهد . اثرات بشدت خطرناك وكشنده گازH2S استخراج آن را ازدرون گازطبيعي الزامي مي سازد . جداول (1و2) مدت زمان ، حدمجازH2S درهوا وتبعات آن برروي انسان را مشخص مي نمايند . شايان توجه است دربرخي ازفرآيندهاي شكست ملكولي ( CRACKING ) دردماي بالا ، ازگازH2S جهت غيرفعال كردن ( PACIFY) لوله هاي كوره ( بعنوان مثال : واحد OLEFIN ) استفاده مي شود .
سولفيد كربنيل ( COS ) در برشهائي بانقطه جوش پائين ظاهر مي گردد . اين ماده دراثرتركيب گازهاي H2S وCO2 ، همچنين تجزيه تركيبات گوگردي درعمليات شكست ملكولي درفرآيندهاي كاتاليستي وگرمايشي ( THERMAL & CATALYTIC ) بوجود مي آيد .
حضور سولفيد كربنيل درهيدروكربن هاي سبك معمولاً مشكلي بوجود نمي آورد . مگر آنكه تركيب هيدروكربن حاوي سولفيد كربنيل بعنوان خوراك واحدهاي شيميائي ( سينتيك ) مورداستفاده قرارگيرد . بعنوان مثال ، سولفيد كربنيل باعث مسموميت كاتاليزور فرآيند توليد آمونياك مي گردد . همچنين درصورت تفكيك مايعات گازي ( NGL ) به برش هاي مختلف ، بخش اعظم سولفيد كربنيل ( بيش از90 درصدآن ) درمحصول پروپان ظاهر مي گردد ودرصورت هيدروليزاين ماده ( تحت شرايط خاص ) تركيباتي نظير CO2 وH2S توليد شده كه باعث شكست آزمايش خوردگي نوار مسي (COPPER STRIP CORROSION TEST )مي گردد . به عبارتي ديگر محصول پروپان تحت چنين شرايطي خاصيت خورندگي پيدامي كند . درفرآيند مايع سازي گاز طبيعي (LNG PLANTS ) ، سولفيد كربنيل همچون CO2 ممكن است بصورت منجمد درآيد ومشكلات مشابه اي را بوجود آورد . همچنين ، سولفيد كربنيل ميزان كل تركيبات گوگردي درون گاز ومايعات هيدروكربني كه حدمجاز معيني دارند – افزايش مي دهد .
مركپتان ها ( R-SH ) بخودي خودباعث شكست آزمايش COPPER STRIP نمي گردند . ليكن ، بدون آنكه رنگ نوارمسي راتغييردهند باعث خوردگي آن مي شوند . مركپتان ها ازطريق فرآيند تقطيرقابل جدا شدن نمي باشد ومعمولاً با استفاده ازحلال هاي شيميائي ( بعنوان مثال : سود سوزآور )وياجاذب هاي جامد ازدرون تركيبات هيدروكربني استخراج مي گردند .
دي سولفيد كربن ( CS2 ) بعنوان مسموم كننده كاتاليست مراكس شناخته مي شود .
دي سولفيد دي الكيل ( R2S2 ) در برابر حرارت پايدار نبوده و در محدوده دماي 150-175 ( C ) به H2S ويك تركيب الفيني تجزيه مي شود .
تركيبات گوگردي حلقوي دربرش نفتا ( C5 ) باعث شكست DOCTOR TEST مي شوند . لذا اين مواد بوسيله محلول اسيد سولفوريك غليظ در دستگاه E LECTRO STATIC PRECIPITATOR از درون نفتا جدا مي گردد .
حضور نيتروژن درگازطبيعي باعث كاهش ارزش حرارتي آن گرديده وازنقطه نظراقتصادي ، هزينه هاي سرمايه گذاري وعملياتي انتقال گازطبيعي را افزايش مي دهد . بهرحال ارزيابي اقتصادي استخراج يا عدم استخراج نيتروژن ازدرون گازطبيعي بايد مد نظر قرارگيرد .
جيوه ( HG ) درفرآيند مايع سازي گازطبيعي باعث خوردگي فلزآلومينيم مبدل هاي حرارتي مي گردد . درجه( غلظت ) اشباع جيوه درفازگاز درحدود 10-20 ( PPb ) مي باشد . حتي درچنين غلظتي جيوه باعث خوردگي آلومينيم مي شود .
گوگرد عنصري ( S ) دراثرتركيب سولفيد هيدروژن با اكسيژن توليد مي گردد . حضور گوگرد درمشتقات نفتي باعث خورندگي آهن گرديده وآزمايش COPPER STRIP CORROSION TEST راباشكست مواجــــــه مي سازد . همچنين بدنبال تبخير تركيبات هيدروكربني ، گوگرد رسوب نموده ومشكلات عملياتي بوجود مي آورد .
مشخصات استاندارد گازشيرين :
مشخصات گازطبيعي طبق استاندارد شركت ملي گازايران وايالت متحده آمريكا به قرارزيرمي باشد :
ايالت متحده آمريكاشركت ملي گازايران0.25 GRAIN/100SCF(MAX)4.8MG/SCUM(MAX) H2S MAX))*0.5% MAX))*2.5% CO2 0.2 GRAIN/100scf(MAX)15mg/cum(MAX) R-SH 1.5 GRAIN/100SCF(MAX)141mg/cum(MAX.AVE.) TOTAL SULPHUR CONTENT.47 NOT OVER-10C H2O950 GROSS HEATING VALUE . +15 @ 800 PSIG-10 @56KG/CM2 HYDROCARBON DEW POINT . MAX)) 82% C1 MAX)) 7% C2 MAX)) 2.7% C3 MAX)) 1.3% C4
* بنا به قراردادفي مابين فروشنده وخريدار گازطبيعي ، درصد CO2 مي تواند تغييريابد .
فرآيند شيرين سازي گازها
فرآيند شيرين سازي دربسترهاي جامد :
جداسازي گازهاي اسيدي دربسترهاي جامدازطريق واكنش شيميائي باايجاد پيوند يوني صورت مي پذيرد . درطي فرآيند ، گازترش ازميان بسترجامد عبورنموده وگازهاي اسيدي جذب بستر مي شوند . پس ازاشباع بسترازگازهاي اسيدي ، مخزن حاوي بسترجامد ازمدارعمليات خارج وبراي احياء سازي ياتخليه بستروجايگزين موادجامد ، آماده مي گردد . به همين منظور مخزني باظرفيت مشابه پس از خارج شدن مخزن اولي درمدار عمليات قرارمي گيرد .
فرآيند شيرين سازي دربسترهاي جامدشامل مواردزيرمي باشند :
v فرآيند آهن اسفنجي ( IRON SPONGE )
v فرآيند غربال ملكولي ( MOLECULAR SIEVE )
v فرآيند اكسيدروي
بنا به دليل استفاده از فرايند غربال مولكولي در پالايشگاه گازوگاز مايع 1200 ،در اين جزوه فقط به شرح اين فرايند پرداخته ميشود .
v فرآيند غربال ملكولي :
درفرآيند غربال ملكولي ، جداسازي آب ، تركيبات گوگردي وآلاينده هاي ديگر ازدرون گازومايعات ترش صورت مي پذيرد .
غربالهاي ملكولي كريستال هاي متشكل ازALKALIMETAL ALUMINO SILICATES با شبكه متصل سه بعدي سيليكان وALUMINA TETRAHEDRA بوده وبصورت دانه هاي ريزوگلوله هاي كوچك ساخته مي شوند . نام غربال ملكولي ازآنجا ناشي مي شود كه اندازه روزنه ها وتخلخل غربال ملكولي درحدي است كه ملكول هاي كوچك ازآن عبور نموده ولي ملكول هاي بزرگ قادر به نفوذ به درون آنها نمي باشند .
ساختمان كريستالي غربال هاي ملكولي تعداد كثيري بارقطبي ( POLAR CHARGE ) معروف به مناطق فعال بوجود مي آورند . ملكول هاي قطبي نظير H2S ، آب ، COS ومركپتان ها وارد منافذ غربال هاي ملكولي گرديده وپيوندهاي يوني ضعيفي درمناطق فعال تشكيل مي دهند . ملكول هاي غيرقطبي مانند هيدروكربن هاي پارافيني قادربه تشكيل پيوند درمناطق يادشده نمي باشند . اندازه ملكول CO2 تقريباً نزديك به اندازه H2S بوده ، ليـكن بدليـل غيـرقطبـي بـودن قادربـه تشكيـل پيوند درمناطـق فعال
( ACTIVE SITES ) نمي باشد . مقداركمي CO2 ، بدليل ايجاد پيوند H2S وH2O با مناطق فعال درداخل منافذ حبس شده وبدين سبب راه خروج CO2 ازدرون منافذ مسدود ودرداخل بسترباقي مي ماند . تازماني كه تمامي سطوح غربال ملكولي توسط ملكول هاي H2S ، آب وغيره پوشانده نشده باشد . غربال ملكولي قادربه جذب ملكول هاي فوق خواهدبود .
عمليات احياءسازي بسترغربال هاي ملكولي بوسيله گازگرم صورت مي پذيردوسردكردن بسترمذكورپس ازعمليات احياءسازي به آن منظورانجام مي شود كه غربال هاي ملكولي دردماي بالا قادربه جذب H2S ، آب و… نمي باشند . لذا قبل ازقرارگرفتن بستراحياءشده درمدارعمليات ، دماي بسترتوسط گازسردكاهش مي يابد . گرم كردن بستردرمرحله احياء باعث شكستن پيوندهاي يوني گرديده وتركيبات H2S ، H20 و… ازدرون منافذ غربال هاي ملكولي خارج مي شوند . دماي احياء بسترمعمولاً درمحدوده 400-300 ( F ) مي باشد. هرچند كه شرايط بهينه فرآيند جذب سطحي ( ADSORPTION ) وتشكيل پيوند يوني درفشاري حدود 450 ( PSIG ) حاصل مي‌‌شودليكن غربال هاي ملكولي درطيف وسيعي ازفشارها كارآئي مناسبي دارند .
غربال هاي ملكولي همواره درمقابل تجزيه شيميائي ومكانيكي آسيب پذيرند . ازاين رو حفاظت ازغربال هاي ملكولي دربرابرخردشدن بسيارمهم است . مهمترين عامل آسيب ديدگي مكانيكي غربال هاي ملكولي تغييرات ناگهاني فشارو يا دما كه به هنگام تغيير شرايط عملياتي بسترازحالت جذب به حالت احياء رخ مي دهد ، مي باشد .
غربال هاي ملكولي معمولاً براي شستشوي نهائي گازهاي ترش ( POLISHING ) بكارمي روند وعموماً پس از واحدشيرين‌سازي اصلي گازترش قرارمي گيرند . بعنوان مثال بابكارگيري غربال هاي ملكولي ، COS درون پروپان را مي توان تا حد 2 ( PPM ) كاهش داد . معايب غربال هاي ملكولي براي شيرين سازي مايعات گازي(جداسازي H2S وCO2 ) به قرار زير مي باشد :
V
محدوديت حجم خوراك ورودي به بستر
v بالابودن هزينه عملياتي نسبت به مابقي فرآيندهاي شيرين سازي
v دماي بالا جهت احياء سازي بستر
v حجم سرمايه گذاري بالا بدليل احداث مخازن موازي ( مخزني يدك ومخزن درحال احياء ) جهت عمليات مداوم .
معروف ترين شركتهاي سازنده غربال هاي ملكولي ، شركت هاي UNION CARBIDE وUOP مي باشند .
انواع غربال هاي ملكولي شركت UNION CARBIDE عبارتند از :
1/16” PELLETS PK-29 1/16” PELLETS1 13XOTHERS ( VARIOUS FORMULATION,SUITABLE FOR EACH CASE )
ازغربال هاي ملكولي فوق براي استخراج H2S ، مركتپان ، آب و COS ازدرون گازها ، گازمايع خانگي ( LPG ) وگازطبيعي مايع ( LNG ) استفاده مي شود .
نام تجارتي يكي ازغربال هاي ملكولي شركت UOP ، MOLSIV مي باشد .
2. فرآيندهاي شيرين سازي گاز با حلال هاي شيميائي :
عمليات شيرين سازي گازهاي ترش درفرآيندهاي فوق بواسطه واكنش شيميائي محلول ( آبي ) بازضعيف با گازهاي اسيدي صورت مي پذيرد .
نيروي محرك انتقال جرم درفرآيندهاي فوق درنتيجه تفاوت فشارجزئي ( PARTIAL PRESSURE ) بين فازهاي گازومايع پديد مي آيد . واكنش شيميائي دراين نوع فرآيند باتغيير دما يافشارسيستم برگشت پذير است . ازاين رو ، حلال هاي شيميائي با تغييرپارامترهاي عملياتي يادشده قابل احياء بوده ودرداخل يك سيستم بسته به گردش درمي آيد . حلال هاي شيميائي بصورت زيردسته بندي مي شوند :
v فرآيندهاي آميني
v فرآيندهاي كربناتي
v حلال هاي شيميائي ويژه – فرآيند ناپيوسته ( BATCH )
درمجتمع هاي پالايشگاهي گازوگاز مايع 1200و1300از محلول آمين (E. A D.)جهت شيرين سازي استفاده ميگردد.بنابرين در اين بخش فقط به شرح فرايندهاي آميني پرداخته ميشود .
i. فرآيندآميني :
آلكانو آمين ها براساس تعدادگروه هاي الي متصل به اتم نيتروژن طبقه بندي مي شوند .
v آمين هاي نوع اول :
مثال : منواتانول آمين ( MEA ) ، دي گليكول آمين ( DGA )
v آمين هاي نوع دوم :
مثال : دي اتانول آمين ( DEA ) ، دي ايزوپروپانول آمين ( DIPA )
v آمين هاي نوع سوم :
مثال : تري اتانول آمين ( TEA ) ، متيل دي اتانول آمين ( MDEA )
واكنش عمومي آلكانو آمين ها با گازهاي اسيدي به قرارزيراست :
R-NH2+H2S R-NH3 +HS
R-NH2+CO2 RNHCO2 +H
نمك بي كربنات ( واكنش كند ) NH2+H2O+CO2 RNH3 HCO3 R-
محلول هاي آمين بازهاي آلي ضعيف هستند . آمين هاي نوع اول بازهاي قوي تري نسبت به آمين هاي نوع دوم بوده وتمايل بيشتري جهت واكنش با H2S وCO2 ازخود نشان داده وپيوندهاي محكمتري با گازهاي اسيدي تشكيل مي دهند . ازاين رو ، درجه واكنش پذيري آمين مستقيماً برطراحي وعمليات برج جذب تأثيرمي گذارد. بعنوان يك قاعده كلي ، خاصيت قليائي و واكنش پذيري ( با H2S وCO2 ) آمين نوع اول بيشتر ازآمين نوع دوم و آمين نوع دوم بيشترازآمين نوع سوم مي باشد .
در واحدهاي شيرين سازي با فشار بالا ، آمين هاي نوع اول و دوم قادر به شيرين سازي گاز تاحد 25/0 ( ) مي باشند . ليكن ، درواحدهاي شيرين‌سازي با فشاركمتراز100 (PSIG ) ، آمين هاي نوع اول به لحاظ واكنش پذيري ونيروي محرك انتقال جرم بيشتر، مناسبتر مي باشند . بهرحال عمليات احياء سازي آمين هاي نوع اول ( نسبت به آمين هاي نوع دوم ) بدليل خاصيت واكنش پذيري بيشتر، مشكلترمي باشد . گرماي حاصل ازواكنش بين گازهاي اسيدي باآمين هاي نوع اول حدود 25 درصد بيش ازآمين هاي نوع دوم است .
همچنين درجه واكنش پذيري آمين‌بربارآمين غني ( RICH AMINE LOADING ) مستقيماً تأثيرمي‌‌گذارد . ازاين روآمين هاي نوع اول ظرفيت حمل (بار)گازهاي اسيدي بيشتري رانسبت به ، آمين هاي نوع دوم دارا مي باشند . ازآنجائيكه دراثرجذب گازهاي اسيدي گرما توليد مي شود ، افزايش درجه حرارت گازترش ورودي به برج جذب ( بويژه درسيستمهاي فشار پائين ) كاهش بارآمين غني رابهمراه خواهد داشت .
v فرآيند MEA :
مونواتانول آمين ( آمين نوع اول ) بسهولت گازترش راتاحد مشخصات ( استاندارد ) گازخط لوله سراسري شيرين مي سازد .
واكنش شيميائي MEA با گازهاي اسيدي به قرارزيرمي باشد :
2
(RNH2)+H2S (RNH3)2S
(RNH3)2S+H2S 2(RNH3)HS
2(RNH2)+CO2 RNHCOONH3R
(R=HO-CH2-CH2, MEA=RNH2)
MEA با سولفيد كربنيل و CS2 تركيب شده و نمك هاي مقاوم دربرابرگرما ( بعنوان مثال: HEED يا (N-(2 HYDROXYETHYL) ETHYLENE DIAMINE) توليد مي كند .
تجزيه MEA توسط تركيبات فوق موجب افزايش هزينه هاي مربوط به سرمايه گذاري
اوليه ، تسهيلات جانبي وحلال آمين، بواسطه هرز رفت آن دردستگاه RECLAIMER ، مي گردد . بهرحال ، حدود 1 تا3 درصد ازمحلول MEA ازپائين برج احياء ( STRIPPER ) منشعب گرديده وجهت بازيافت MEA به درون دستگاه RECLAIMER منتقل مي گردد .
محلول MEA براي سيستم هاي شيرين سازي گازهاي ترش با فشارهاي كمتراز200 (PSIG ) مؤثرتر مي باشد .
غلظت وبار(LOADING ) گازهاي اسيدي محلول MEA به نسبت H2S/ CO2 بستگي دارد . با افزايش نسبت H2S/ CO2 درگازترش ، غلظت وبارمجازمحلول افزايش مي يابد . دليل اين امردرواكنش H2S باآهن نهفته است كه منجربه توليد سولفيد آهن ( FES وFE2S3 ) وتشكيل فيلم محافظ سياه رنگي برروي سطح فولاد مي گردد . ليكن ، سرعت زياد سيال باعث جداشدن فيلم مذكورشده وافزايش خوردگي داخلي سيستم را بهمراه خواهد داشت . ازاين رو ، كنترل سرعت سيال اهميت زيادي دارد . خوردگي درمحلهاي تحت تنش فولاد كربني بوقوع مي پيوندد . درنقاطي مانند : (HAZ )HEAT AFFECTED ZONE درنزديكي محل جوش ها ، محل هاي تماس فلزبا گازهاي اسيدي درغلظت بالا يا درسطوح فصل مشترك گازگرم بامايع ( INTERFACE ) ، نيزخوردگي رخ مي دهد . دراين ارتباط ، تنش زدائي تجهيزات پس ازعمليات جوشكاري الزامي بوده ودرمواردي ، ازآلياژهاي مخصوص ( فولاد ضدزنگ ) درمحل هائي نظير قسمت هاي فوقاني برج احياء يا لوله هاي جوش آوراستفاده مي شود .
بمنظور تقليل خوردگي ، استفاده ازغلظت ها وبارگازهاي اسيدي ، درطراحي واحدهاي شيرين سازي با محلول MEA ، به شرح زيرتوصيه مي شود :
محدوده غلظت محلول آمين ( درصدوزني ) 25-15
محدوده بارگازهاي اسيدي آمين غنيMOLE MEA)) /(MOLE ACID GAS) 4/0-3/0
محدوده بارگازهاي اسيدي آمين سبك MOLE MEA)) /(MOLE ACID GAS) 12/0
درصورت افزايش نسبت غلظت H2S به CO2 درگازترش ، ازمحلول آمين باغلظت بالاترمي توان استفاده نمود . بكارگيري بارگازهاي اسيدي بالا مستلزم استفاده ازفولاد ضدزنگ درمحلهاي بحراني كارخانه مي باشد .
محل هاي بحراني كارخانه عبارتنداز: بسته لوله مبدل حرارتي آمين هاي سبك / غني ، لوله خروجي مبدل حرارتي آمين هاي سبك /غني تابرج احياء ، قسمت بالاي برج احياء كندانسوربالاي برج احياء وبسته لوله جوش آور .
پديده كف كردن محلول آمين دربرج هاي جذب واحياء ازجمله مشكلات جدي فرآيند MEA مي باشد كه باعث افزايش هرز رفت محلول آمين مي گردد . محصولات ناشي از تجزيه MEA ، موادجامدمانند كربن وسولفور آهن ، مواد ضدخوردگي ، گريس شيرآلات وغيره موجب كف كردن محلول ميشوند .
ازجمله راه حل هاي مؤثردركنترل كف ، نصب مخزن جداكننده مايع ازدرون گازترش ورودي به برج جذب ، بازيافت وجداسازي مواد دردستگاه RECLAIMERو جداسازي موادمختلف درفيلترهاي واحدشيرين سازي مي باشد . محلول آمين درمخازن ذخيره ومخزن نوسان گير(SURGE DRUM ) توسط گازپوششي محافظت شده وازاكسيده شدن MEA جلوگيري مي شود .
منو اتانول آمين داراي پائين ترين نقطه جوش وبالاترين فشاربخاردرميان آمين ها مي باشد. اين ويژگي باعث هرز رفت MEA تا حدود 1 تا3 پوند به ازاي هرميليون فوت مكعب گاز( استانــــدارد) مي شود .
b ) فرآيند DEA :
دي اتانول آمين (آمين نوع دوم ) همچون MEA به آساني گازتـرش راتاحدمشــخصات
( استاندارد ) گاز شيرين تصفيه نموده ودرفشارهاي بالاتر از200 ( PSIG ) خوردگي كمتري نسبت به MEA ايجاد مي كند . واكنش هاي شيميائي DEA باگازهاي اسيدي مشابه MEA مي باشد . ليكن ميزان خوردگي آن به شدت خوردگي درفرآيند MEA نيست .
واكنش هاي دي اتانول آمين ( DEA ) با گازهاي اسيدي ( H2S وCO2 ) به قرارزيراست :
R2-NH+H2S HS R2NH2 AMINE HYDROSULFIDE
فعل وانفعال فوق باسرعت زيادصورت مي پذيرد .
2R2-NH+CO2 R2NCOO R2NH2 AMINE CARBAMATES
سرعت واكنش فوق متوسط مي باشد .
CO2+H2O H2XO3 CARBONIC ACI
CO2+OH HCO3 BICARBONATE
سرعت واكنش CO2 با آب وOH كند مي باشد .
R=CH2-CH2-OH
محدوده غلظت وبارگازهاي اسيدي براي محلول DEA به شرح زير مي باشد .
محدوده غلظت ( درصدوزني ) 35-25
محدوده بارگازهاي اسيدي آمين غني MOLE MEA)) /(MOLE ACID GAS) 65/0-35/0
محدوده بارگازهاي اسيدي آمين سبك MOLE MEA)) /(MOLE ACID GAS) 08/0
واكنش شيميائي دي اتانول آمين با COS وCS2 محصولاتي توليد مي كند كه دربرج احياء قابل برگشت است وازاين نظرنسبت به MEA بدون آنكه موجب هرز رفت DEA شوند ، ازسيستم خارج مي گردند وبهمين دليل هيچ نيازي به استفاده ازدستگاه RECLAIMER نمي باشد .
فشاربخاردي اتانول آمين به مراتب پائين تر ازMEA بوده وهرز رفتن آن معمولاً بين 25/0 تا 5/0 پوند به ازاي هرميليون فوت مكعب گاز( استاندارد ) مي باشد . بدليل پائين تربودن گرماي واكنش وميزان جريان آمين درگردش ( وبالا بودن غلظت ) ، صرفه جوئي حدود 20 درصد درسوخت مصرفي يك واحد DEA نسبت به يك واحد MEA ، درشرايط مساوي ، به دست مي آيد . مزاياي فوق الذكر باعث گرديده است كه ازسال 1971 به بعد ازحلال DEA درسطح گسترده اي درصنعت شيرين سازي گازهاي ترش استفاده شود .
بالاترين حد بارگازهاي اسيدي براي گازهاي ترش حاوي مقدارزيادي H2S استفاده شده وحدپائيني آن براي گازهاي ترش كه مقدارCO2 آنها نسبت به مابقي ناخالصي ها بيشتر است ، بكارمي رود . جداسازي حدود70 درصدCOS بوسيله آمين هاي نوع دوم ( بعنوان مثال DEA ) ازطريق هيدروليزميسراست . اين مقدار با استقرار يك برج كوچك دربعداز برج جذب و SCRUBBING گازشيرين ، به 100 درصد قابل افزايش است .
( درواحدشيرين سازي گازخانگيران حدود60 درصد COS با DEA جدا مي شود ) .
فرآيند شيرين سازي با حلال هاي آميني :
روش هاي طراحي ونوع تجهيزات بكار رفته درسيستمهاي شيرين سازي DEA وMEA نسبت زيادي با يكديگر دارند . هرچند كه انجام محاسبات مربوط به موازنه انرژي ومواد فرآيندهاي آميني با استفاده ازنرم افزارهاي موجود امكان پذيراست ( بعنوان مثال : نرم افزارPROII ) ، ليكن كسب اطلاعات مربوط به طراحي تفضيلي براي فرآيندهاي نظير (DGA) FLUOR ECONAMINE و SHELL ADIP ( DIPA ) وMDEA ، تنها ازطريق تصاحب دانش فني ازصاحبان امتيازاين فرآيندها ، ميسرمي باشد .
مهمترين اطلاعات موردنيازطراحي تجهيزات فرآيند شيرين سازي عبارت است از:
v ميزان حداكثرجريان گازترش ،
v ميزان حداكثر غلظت گازهاي اسيدي (H2S,CO2)
v حداكثرفشارگازورودي به برج جذب
درهمين ارتباط ، اندازه وحجم تجهيزات درفرآيندهاي آميني معمولاً تابعي ازميزان آمين درگردش وبه طبع آن ، تابعي ازحجم گازهاي اسيدي درون گازترش مي باشد .
برج جذب ( CONTACTOR ) :
استقرار يك مخزن جداكننده مايعات ازدرون گازترش درابتداي واحدشيرين سازي كمك بسزائي به راندمان جداسازي وعمليات برج جذب مي نمايد . اين مخزن معمولاً به فيلترهاي نوع جورابي مجهز مي باشد . دربرخي موارد ، برج هاي جذب به گونه اي طراحي مي شوند كه جداسازي مايعات درون گازترش درقسمت پائين برج - معروف به INLET GAS SCRUBBER صورت مي پذيرد .
برج جذب ، حاوي سيني يا آكنه ( PACKING ) ، دستگاهي است كه درآن محلول آمين با گازترش بطور كامل تماس حاصل مي نمايد . آكنه هاي فولادي ضدزنگ معمولاً براي برج هاي ( قطر ) كوچك وسيني هاي فولادي ضدزنگ براي برج هاي ( قطر ) بزرگ – غالباً 20 عددسيني بكارگرفته مي شوند .
معمولاً درطراحي برج هاي جذب ازMIST ELIMINATOR دربالاي برج ، جهت جلوگيري ازهرز رفت محلول آمين استفاده مي شود . بهرحال ، درواحدهاي شيرين سازي با حجم زياد گاز وجريان آمين درگردش ، يك عدد ظرف مايع گير ( SCRUBBER ) درمسيرگازشيرين خروجي ازبرج جذب نصب گرديده ومايعات خروجي همراه گازشيرين CARRY OVER كه دراثركف كردن محلول آمين به خارج ازبرج منتقل گرديده است ، جمع آوري ومجدداً به درون سيستم آمين درگردش بازگرديده مي شود .
گازشيرين خروجي ازبرج ازبخارآب اشباع بوده ودرصورت انتقال به خط لوله سراسري نم زدائي DEHYDRATION ) )آن ضروري خواهد بود .
ميزان آمين درگردش ( AMINE CIRCULATION RATE ) :
محاسبه ميزان آمين درگردش با اطلاع درمقدار گازهاي اسيدي درون خوراك ورودي واحد وانتخاب غلظت محلول آمين درگردش ودر ( LOADING ) گازهاي اسيدي ميسر مي باشد .
C=WEIGHT FRACTION OF AMINEMEA CIRC. RATE(gpm ) = P=AMINE SOL . DENSITY (ib/GAL )DEA CIRC. RATE(gpm )= =MOLE FRACTION OF ACID GAS IN SOUR GAS
Al=ACID GAS LAODING(MOLE ACID GAS)/(MOLE AMINE)
درطراحي واحدهاي شيرين سازي DEA وMEA ، استفاده ازغلظت هاي محلول آمين و بار گازهاي اسيدي پيشنهادي زير، جهت تقليل ميزان خوردگي سيستم ، مؤثرمي باشد :
بارگازهاي اسيدي (MOLE ACID GAS)/(MOLE AMINE)غلظت محلول (%W/W ) 0.3-0.40.35-0.6515-25 MEA 25-35 DEA
ميزان آمين درگردش محاسبه شده ازطريق روابط (1) و(2) ، معمولاً 15-10 درصد افزايش داده مي شود . اين افزايش جهت تجهيزات وخطوط لوله و حدآمين بكار گرفته مي شود .
علي ايحال دربرجهاي جذب حاوي آكنه كه داراي قطر بزرگي ( 2 تا3 متر ) هستند ، ميزان جريان آمين درگردش درحدود25 درصدبيش ازميزان برآورده شده درنظرگرفته مي شود .
گرماي واكنش ( HEAT OF REACTION ) :
واكنش محلول هاي بازي MEA وDEA با H2S وCO2 گرمازا بوده ونمك وگرما توليد مي نمايند . گرماي واكنش با تغييربارگازهاي اسيدي وغلظت محلول آمين تغيير مي كند. بعنوان مثال :
HEAT OF REACTION OF CO2 ABSORBEDHEAT OF REACTION OF H2S ABSORBEDغلظت محلول ( ) ( ) 700-620( ) 670-55025-15 محلول MEA( ) 650-580( ) 600-50025-35 محلول DEA
به هنگام برقراري اولين تماس محلول آمين با گازترش و واكنش گازهاي اسيدي با آمين ، گرماي واكنش زيادي توليد مي شود . لذا ، بيشترين گرماي حاصل ازواكنش درقسمت پائين برج جذب ( بين سيني هاي 1 تا5 ) و درنزديكي محل ورود گازترش توليد مي گردد . دراثرحركت جريان گاز به سمت بالاي برج ، تبادل حرارت بين فازهاي مايع وگاز صورت پذيرفته ونهايتاً ، گازشيرين دردمائي ( كمي ) بالاتر ازدماي آمين سبك ( ورودي ) ازبالاي برج جذب خارج مي شود . دماي آمين سبك ورودي به برج معمولاً 10 درجه فازنهايت گرمتر ازگازترش ورودي درنظر گرفته مي شود .
مخزن تبخير ( FLASH TANK ) :
محلول آمين غني خروجي ازبرج جذب واردمخزن تبخيرشده ودراثركاهش فشار ، بخش اعظم هيدروكربنهاي جذب شده ازدرون آن تبخيرومقداري ازمايعات هيدروكربني نيزدراين مخزن جدامي شود . ازاين رو ، پيش بيني نصب امكانات ضروري درمخزن تبخيرجهت جداسازي وتخليه مايعات هيدروكربني الزامي مي باشد .
زمان توقف محلول آمين غني درمخزن تبخير ، كه تانصف آن پرازمايع باشد ، معمولاً درحدود2 تا3 دقيقه درنظر گرفته مي شود .
جوش آور آمين ( AMINE REBOILER :
گرماي مورد نيازبرج احياء كه باعث تغييرجهت واكنش شيميائي ونتيجتاً خروج گازهاي اسيدي ازدرون محلول آمين غني مي گردد . دردستگاه جوش آور فرآهم مي شود . جوش آورآمين ممكن است ازنوع KETTLE TYPE REBOILER يا DIRECT FIRED HEATER باشد .
ظرفيت حرارتي جوش آورهاي آمين با نوع طراحي سيستم تغييرمي نمايد . بالارفتن ظرفيت حرارتي جوش آور باعث افزايش ظرفيت حرارتي كندانسور بالاي برج احياء خواهدشد . اين پدپده موجب افزايش مايع برگشتي ( REFLUX RATIO ) گرديده وكاهش تعداد سيني هاي برج احياء را به همراه خواهدداشت . بالعكس درصورت كاهش ظرفيت حرارتي جوش آور REFLUX RATIO نيزكاهش يافته وبرج احياء به سيني هاي بيشتري نيازخواهد داشت .
ظرفيت حرارتي جوش آور ، بعنوان مثال براي برج احياء حاوي 20 عدد سيني ، به قرار زيرمي باشد :
( BTU GAL LEAN SOL )
1000-1200واحدشيرين سازي MEA900-1000واحدشيرين سازي DEA
بنابراين :
(3) (4) (gpm= و ، )
دماي عملياتي جوش آور تابعي ازفشار عملياتي برج احياء وغلظت محلول آمين سبك مي باشد . دامنه دماي عملياتي سيستمهاي موردبحث به قرار زيرمي باشد :
225-260 Fجوش آور MEA230-250 Fجوش آور DEA
مثال براي برج احياء با فشار عملياتي psig100 ومحلول 20 درصد وزني MEA ، دمائي معادل 245 ( F) درطراحي جوش آور منظور مي گردد و براي برج احياء بافشار مشابه 10 psig ومحلول 35 درصد وزني DEA دماي 250 ( F) براي طراحي جوش آور درنظرگرفته مي شود .
برج احياء آمين ( AMINE STRIPPER ) :
عمليات عريان سازي محلول آمين با استفاده ازگرماي جوش آور وتبخير CO2و H2S وتوليد مقداري بخار آب دربرج احياء تكميل مي گردد . برج احياء معمولاً داراي 20 عدد سيني ودرفشار عملياتي (PSIG ) 15-10 كارمي كند وآمين غني درقسمت بالاي برج يا چهارمين سيني ( ازبالا ) واردبرج مي شود .
كندانسوربالاي برج احياء ومخزن تجمع مايع برگشتي
كندانسوربالاي برج احياء معمولاً ازنوع خنك كننده هاي هوائي مي باشد پس از تعيين ظرفيت حرارتي جوش آور ، محاسبه ظرفيت حرارتي كندانسوريادشده با انجام موازنه انرژي دراطراف برج احياء ميسرمي گردد .
گازهاي خروجي ازبالاي برج احياء ابتدا درداخل كندانسور سردشده وسپس بخشي ازبخارآب موجود درآن ميعان مي يابد . دماي خروجي كندانسورمعمولاً درحدود 145-130 درجه فارنهايت بالاتر ازحدماكزيمم دماي محيط منظور مي گردد .
پس ازتعيين دماي خروجي كندانسور وفشار عملياتي مخزن مايع برگشتي ( معمولاً PSIG 5-0) پائين تر ازفشار عملياتي جوش آور ، ميزان بخارات خروجي كندانسور به قرار زيرمحاسبه مي شود .
(5)ميزان بخارات خروجي كندانسورفشار مخزن مايع برگشتيميزان مول هاي گازاسيديAG=(1bmol/day)فشار جزئي آب دردماي خروجي كندانسور
ميزان مايع برگشتي به برج احياء را مي توان ازطريق محاسبه مقدار بخار آب ميعان شده دركندانسور بدست آورد. درصورتي كه دماي بخارات خروجي ازبالاي برج احياء درحدود 210 ( F) فرض گردد . محاسبه ظرفيت حرارتي موردنيازجهت خنك كردن بخارات خروجي كندانسور از210 ( F) تادماي خروجي كندانسور ميسر مي شود . ظرفيت حرارتي باقيمانده كندانسور مربوط به ميعان بخارآب مي باشد .
(6)ظرفيت حرارتي كندانسورظرفيت حرارتي موردنيازجهت خنك كردن بخارات خروجي كندانسورازدماي ورودي تاحددماي خروجي كندانسورآنتالپي بخاردردماي ورودي كندانسورآنتالپي آب دردماي خروجي كندانسور
گازهاي اسيدي وبخارات ميعان يافته دركندانسور واردمخزن تجمع مايع برگشتي شده ودوفازمايع وگازازيكديگر جدا مي شوند . براي طراحي مخزن يادشده معمولاً زمان توقف مايع درآن درحدود 3 دقيقه منظور مي گردد .
دربرج احياء معمولاً نسبت تعدادمول هاي آب درگازهاي خروجي ازبالاي برج احياء به تعداد مول هاي گازهاي اسيدي خروجي ازسيستم را « نسبت مايع برگشتي (REFLUX RATIO ) » مي نامند .
ميزان نسبت مايع برگشتي درطراحي برج احياء معمولاً‌بين 3 : 1 تا 1 : 1 درنظرگرفته مي شود كه به درجه خلوص گاز ، تركيب گاز ( به عبارت ديگرنسبت H2S به CO2 ) نوع آمين مصرفي وارتفاع برج احياء بستگي دارد . بيشترين نسبت مايع برگشتي متعلق به MEA مي باشد ونسبت مايع برگشتي درفرآيند شيرين سازي DEA به مراتب كمترازMEA است .
بهرحال بخشي ازآب درون محلول آمين به همراه گازشيرين وگازهاي اسيدي ازواحدشيرين سازي خارج مي شود . لذا ، بمنظور تنظيم غلظت محلول آمين ، همواره مقداري آب تازه به سيستم آمين درگردش اضافه مي گردد . آب تازه ( MAKE –UP ) معمولاً بصورت STEAM CONDENSATE يا آب مقطرازطريق پمپ مايع برگشتي وازبالاي برج احياء وارد سيستم مي شود .
مبدل حرارتي آمين هاي سبك / غني ( RICH /LEAN AMINE EXCH ) :
مبدل حرارتي فوق معمولاً ازنوع پوسته اي ولوله اي بوده وجريان محلول ( خورنده ) آمين غني ازميان لوله ها عبور مي كند . هدف ازبكارگيري اين مبدل ، كاهش ظرفيت حرارتي جوش آور وبازيافت گرما ازدرون جريان آمين سبك مي باشد .
طراحي‌بهينه‌اين‌مبدل‌ازنظراقتصادي‌بالحاظ كردن‌حدود30 ( F) بعنوان TEMP APPROACH ، ميسر مي گردد . ظرفيت حرارتي اين مبدل به قرار زيرمحاسبه مي شود :
(7) Q=500L*SG*CP*DT
Q=EXCH. DUTY(BTU/HR)
L=AMINE CIRC. RATE (gpm)
( AMINE SPECIFIC HEAT ( BTU ib F
( F) TEMP. CHANGE
SG=SPECIFIC GRAVITY OF AMINE
مبدل خنك كننده محلول آمين سبك ( LEAN AMINE COOLER ) :
تنظيم دماي آمين سبك ورودي به برج جذب جهت كنترل مناسب عمليات برج ضروري مي باشد . اين مبدل معمولاً ازنوع خنك كننده هوائي مي باشد. دماي آمين سبك ورودي به برج جذب همواره بايد10-5 ( F) بالاتر ازدماي گازترش ورودي به برج بوده تا ازميعان تركيبات سنگين هيدروكربني كه موجب كف كردن وهرز روي محلول آمين وهمچنين كاهش راندمان
جداسازي گازهاي اسيدي مي گردد ، جلوگيري بعمل آيد . ازطرف ديگر دماي بالا براي آمين سبك ورودي به برج جذب موجب افزايش فشار بخارآمين گرديده وهرز رفت حلال وميزان آب درون گازشيرين خروجي را افزايش مي دهد .
شايان توجه است افزايش آب درون گازشيرين خروجي برج جذب موجب افزايش در ( ( LOAD تجهيزات واحد نمزدائي ( DEHYDRATION ) بعداز سيستم شيرين سازي مي شود .
نحوه محاسبه ظرفيت حرارتي خنك كننده هوائي محلول آمين سبك به قرار زيراست :
(8)
=LEAN AMINE CIRC.RATE(GPM)
=(BUT/ib F)
T1/T2=INLET /OUTLET TEMP. ( F )
فيلتراسيون / تصفيه محلول آمين (AMINE FILTRATION) :
دراثر وقوع واكنش هاي شيميائي جانبي وتجزيه حلال ، موادزايد گوناگوني درسيستم آمين درگردش تجمع مي نمايند . تعيين روش جداسازي اين مواد به مقدارزيادي به نوع حلال مصرفي بستگي دارد . درفرآيند MEA درصورتي كه COS وCS2 درگازترش ورودي وجود داشته باشند وبوسيله حلال MEA جذب گردند ، واكنش هاي جانبي نامطلوبي بوقوع مي پيوندد كه به موجب آنها نمك هاي مقاوم دربرابرحرارت توليد مي شود . جداسازي اين مواد درفرآيند MEA با استفاده ازدستگاه RECLAIMER صورت مي پذيرد . دستگاه RECLAIMER تشابه زيادي به جوش آور نوع kETTLE داشته وجريان ورودي به آن بخش كوچكي ازآمين سبك مي باشد . درهرحال ، مقداري ازحلال MEA به همراه ناخالصي ها ازسيستم خارج مي گردد .
درفرآيند DEA هيچ نيازي به دستگاه RECLAIMER نمي باشد . زيرا كه تركيبات COS وCS2 كه دراثرواكنش باحلال ازدرون گازترش جدا مي گردند . دراثرحرارت دربرج احياء به همراه گازهاي اسيدي ازسيستم خارج مي شوند . مقدار كمي موادزايد حاصل ازتركيب CO2 با حلال تشكيل مي شوند كه ازطريق عبوربخش كوچكي ازمحلول آمين سبك ازميان بستركربني ، به خارج ازسيستم هدايت مي گردد .
پمپاژ محلول آمين ( PUMPING OF AMINE SOL . ) :
بخش اعظم انرژي الكتريكي مصرفي درواحدهاي شيرين سازي آميني به پمپاژ محلول آمين اختصاص دارد . پمپاژ محلول آمين معمولاً دردومرحله توسط پمپ تقويت فشار ( BOOSTER PUMP ) وپمپ اصلي آمين درگردش صورت مي پذيرد .پمپ تقويت فشاردرمسيرآمين سبك خروجي ازپائين برج احياء مستقر گرديده ومعمولاً فشارجريان آمين درگردش را تا حدود
40-25 (PSI ) افزايش مي دهد . اين فشار براي عبور آمين سبك ازميان فيلتر و مبدل حرارتي آمين هاي سبك و غني ، خنك كننده آمين سبك ونهايتاً به مخزن نوسـان گـير ( SURGE TANK ) كافي مي باشد . پمپ تقويت فشار معمولاً ازنوع گريز ازمركزوباصد درصد يدك انتخاب مي گردد محاسبه توان مورد نيازپمپ تقويت فشار به قرار زيرمي باشد :
(9) BHP=
BHP=BRAKE HORSEPOWEWR (HP )
=DIFF. PRESS. (PSI )
L =LEAN AMINE CIRC. RATE(GPM)
e=PUMP EFFICIENCY
e=0.7 FOR CENTRIFUGAL PUMPS
e=0.9 FOR RECIPROCATING PUMPS
پمپ اصلي آمين درگردش بعداز مخزن نوسان گير قرارگرفته وفشار آمين سبك را تاحدفشار عملياتي برج جذب افزايش مي دهد .
دراين راستا با توجه به فشارو دبي حجمي آمين سبك ، ازپمپ هاي گريز ازمركزيا رفت وبرگشتي استفاده مي شود ومعمولاً ازسه عدد پمپ هريك باظرفيت 50 درصد ( 50 درصد يدك ) مي توان بهره گرفت .