مقدمه

گذشته، اهميت گاز طبيعي در تامين منابع انرژي در سرتاسر جهان اهميـت روزافزونـيپيدا كرده است. امروزه اين منبع انرژي بعنوان سوخت قرنهاي آينـده مـورد توجـه قـرار مـيگيـرد .
حقيقتاً، گاز طبيعي يك سوخت موثر و تميز ميباشد و اين خاصيت بدون شك منجـر بـه افـزايشقابل توجهي در سهم اين ماده در موازنه انرژي در سطح دنيا مي شود، چه مـسائلي كـه گـاز طبيعـيبصورت مستقيم در آن نقش ايفا ميكند و چه مسائلي كه گـاز طبيعـي بـصورت غيرمـستقيم در آننقش دارد . امروزه تقاضا براي گاز طبيعي بيش از 35 درصد از كل انرژي موردنياز جهـان مـي باشـدكه در مقايسه با 17درصد در سال 1970 نشان دهنده افزايش اهميت اين ماده بعنوان منبع انرژي درجهان مي باشد[

بررسی و شبیه سازی جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی به همراه برآورد های اقتصادیبررسی و شبیه سازی جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی به همراه برآورد های اقتصادی

بررسی و شبیه سازی جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی به همراه برآورد های اقتصادی

فهرست مطالب

چكيده………………………………………………………………………………………………………………………….1

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………2

فصل اول : كلياتي در مورد گاز طبيعي ………………………………………………………..3

1-1عوامل مطلوبي كه باعث تقاضاي گاز طبيعي در آينده مي شوند:……………………………………………………4
2-1منشأ وجود نيتروژن در گاز طبيعي:………………………………………………………………………………………5
1-2-1نيتروژني كه بصورت طبيعي وجود دارد:……………………………………………………………………………….5
2-2-1-مخازني كه بعلت فرايند ازدياد برداشت حاو ي نيتروژن مي باشند:……………………………………………….6
3-1دلاي ل جداساز ي نيتروژن از گاز طبيعي:……………………………………………………………………………….7

فصل دوم: مروري بر مباحث نظري……………………………………………………………..8

1-2 تقطير مادون سرد(Cryogenic Distillation):……ا……………………………………………………………………9
1-1-2پي ش عمليات روي خوراك براي واحد جداساز ي نيتروژن:………………………………………………………10
1-2-1-2جداسازي نيتروژن همراه با NGL Recovery:…ا………………………………………………………………….16
2-2-1-2فرايندي براي غلظت كم نيتروژن:………………………………………………………………………………….23

3 فصل سوم: شبي ه ساز ي فرايند و ارزياب ي اقتصادي ……………………………..48

1-3شبيه سازي فرايند:…………………………………………………………………………………………………49
1-1-3 تقطير مادون سرد: ………………………………………………………………………………………………49
3-1-3جذب:……………………………………………………………………………………………………………….65
اقتصادي:………………………………………………………………………………………………………………….70
4-2-2-3يك مدل ساده شده براي محاسبه سرمايه گذاري(Simplified Investment Model): …..ا…………..79
فصل چهارم: اطلاعات شبيه سازي و نتايج اقتصادي………………………………………………………………..83
Cryogenic Distillation For low Concentration ) تقطير مادون سرد براي غلظت كم نيتروژن4-1
……………………………………………………………………………………………………………………………..84

1-1-4اطلاعات شبيه سازي:…………………………………………………………………………………………….84
2-1-4نتاي ج اقتصادي: ……………………………………………………………………………………………………89

-2-1-4 مبدل حرارتي………………………………………………………………………………………………………..89
4-2-1-4 برج تقطير…………………………………………………………………………………………………………..94
4-1-2-5:(Operating and maintenance Cost)هزي نه عمليات و نگهداري ………………………………………….94
Amortized total Capithal Inv4-1-2-6 97…..ا………………………………………………………………………….:96
Amortized O&M4-1-2-7 …………..ا………………………………………………………………………………………97
4-1-2-8 (Single Column Cryogenic Distillation) ..ا……………………………………………………………………97
1-2-4اطلاعات شبيه سازي:……………………………………………………………………………………………….101
2-2-4-4 نتايج اقتصادي: ……………………………………………………………………………………………………104
4-2-2-1. هزينه عمليات و نگهداري ؛(Operating and maintenance Costs) ………ا………………………………107
4-2-2-2 سرمايه گذاري و هزينه استهلاك ( Amortized total Capital investment)……..ا……………………….107
3-2-2-4 استهلاك عمليات و نگهداري((Amortized O&M ……ا………………………………………………………..108
Total product Cost4-2-2-4) :قيمت تمام شده محصول……………………………………………………………….108
-4فرايند جذب بدون حلال خارجي:………………………………………………………………………………………..111
1- 3-4اطلاعات شبيه سازي:……………………………………………………………………………………………..111
2- 3-4نتاي ج اقتصادي: ……………………………………………………………………………………………………113
1-2-3-4 مبدل هاي حرارتي:………………………………………………………………………………………………113
2-2-3-4 پمپ ………………………………………………………………………………………………………………..114
3-2-3-4 برج جذب …………………………………………………………………………………………………………..114
Operating and maintenance Cost4-3-2-4s) هزينه عمليات و نگهداري …………………………………………….115
Amortized tot.Cap: Investment4-3-2-5)سرمايه گذاري و هزينه استهلاك ……….…………………………………..117
6-2-3-4 استهلاك عمليات و نگهداري( Amortized O&M …..ا…………………………………………………………..117
7-2-3-4 قيمت تمام شده .محصول:………………………………………………………………………………………..118
4-4فرايند جذب با استفاده از حلال خارجي:……………………………………………………………………………….119
1-4-4 اطلاعات شبيه سازي:……………………………………………………………………………………………….119
2- 4-4نتاي ج اقتصادي: ……………………………………………………………………………………………………..121
1-2-4-4 مبدل حرارتي………………………………………………………………………………………………………..123
2-2-4-4 پمپ:…………………………………………………………………………………………………………………122
3-2-4-4 برج جذب و دفع:……………………………………………………………………………………………………123
6-2-4-4 استهلاك عمليات و نگهداري( Amortized O&M……ا………………………………………………………….124
7-2-4-4قيمت تمام شده محصول: (Total. pro.Cost …ا………………………………………………………………..124
5-4 خلاصه اي از ويژگيها و خصوصيات فرايندها:…………………………………………………………………………..125
6-4خلاصه اي از ارزياب ي اقتصادي:………………………………………………………………………………………..127

فصل پنجم: مقايسه و نتيجه گيري ……………………………………………………………….130

1-5مقايسه:……………………………………………………………………………………………………………………131
2-5 نتيجه گيري و پيشنهادات:………………………………………………………………………………………………..133

مراجع لاتين:……………………………………………………………………………………………………………………..136

فهرست جداول

جدول 1-3 – ضرايب انتقال حرارت براي مبدل هاي از نوع plat –fin [31………..ا………………………………………..60
جدول 1-4- موازنة ماده براي شكل 1-3………………………………………………………………………………………..84

جدول 2-4- بار حرارتي تجهيزات شكل 1-3 …………………………………………………………………………………..86

جدول 3-4- موازنه ماده براي شكل 2-3( حالت اول) …………………………………………………………………………86

جدول 4-4- بارحرارتي تجهيزات براي شكل 2-3(حالت اول)………………………………………………………………….88

جدول 5-4- موازنه ماده براي شكل 2-3(حالت دوم) ………………………………………………………………………….88

جدول 6-4- بار حرارتي تجهيزات براي شكل 2-3(حالت دوم)………………………………………………………………..89

جدول7-4 – قيمت مبدلهاي نصب شده در شكل 2-3(حالت اول)……………………………………………………………91

جدول8-4 – قيمت كمپرسور هاي نصب شده در شكل 2-3(حالت اول)……………………………………………………..92

جدول 9-4- قيمت خنك كننده هاي نصب شده در شكل 2-3(حالت اول)……………………………………………………..92

جدول 10-4- قيمت برج و جداكننده هاي نصب شده در شكل 2-3…………………………………………………………..93

جدول 11-4 – متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 2-3 (حالت اول)……………………………………………..95

جدول 12-4- قيمت مبدل هايLNG نصب شده در شكل 2-3(حالت دوم)……………………………………………………97

جدول 13-4- قيمت كمپرسورهاي نصب شده در شكل 2-3(حالت دوم)……………………………………………………..98

جدول 14-4- قيمت خنككننده هاي نصب شده در شكل 2-3(حالت دوم)…………………………………………………….98

جدول 15-4- متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 2-3 (حالت دوم)………………………………………………..99

جدول 16-4- موازنه ماده براي شكل 3-3 (حالت اول)…………………………………………………………………………101

جدول 17-4- بارحرارتي تجهيزات در شكل 3-3 ………………………………………………………………………………….103

جدول 18-4- موازنه ماده براي شكل 3-3(حالت دوم)……………………………………………………………………………103

جدول 19-4- بار حرارتي تجهيزات براي شكل 3-3 (حالت دوم)………………………………………………………………..104

جدول 20-4- قيمت مبدلهايLNG نصب شده در شكل 3-3(حالت اول)………………………………………………………..104

جدول 21-4- قيمت كمپرسورهاي نصب شده در شكل 3-3(حالت اول) ……………………………………………………….104 جدول22-4- قيمت خنك كننده نصب شده در شكل 3-3(حالت اول)……………………………………………………………..105

جدول 23-4- قيمت برج و جدا كننده هاي نصب شده در شكل 3-3 ……………………………………………………………105

جدول 24-4 – متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 3-3 (حالت اول)………………………………………………..106 جدول25-4- قيمت مبدلهايLNG نصب شده در شكل 3-3(حالت دوم)……………………………………………………….108

جدول 26-4- قيمت كمپرسورهاي نصب شده در شكل 3-3(حالت دوم)………………………………………………………108
جدول 27-4- قيمت خنك كننده هاي نصب شده در شكل 3-3(حالت دوم)…………………………………………………..108
جدول 28-4 – متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 3-3 (حالت دوم)……………………………………………….109

جدول 29-4- موازنه ماده در فرآيند جذب (بدون استفاده از حلال خارجي) شكل 6-3…………………./…………………111
جدول 30-4- بار حرارتي تجهيزات در شكل 6-3………………………………………………………………………………..113

جدول 31-4- قيمت مبدل هاي نصب شده در شكل6-3 ………………………………………………………………………114

جدول 32-4- قيمت تجهيزات تحت فشار نصب شده در شكل 6-3 ………………………………………………………….114

جدول 33-4-قيمت برج و جداكننده هاي نصب شده در شكل 6-3……………………………………………………………115

جدول 34-4 -متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 6-3…………………………………………………………….116

جدول 35-4- موازنه ماده براي شكل 7-3……………………………………………………………………………………..119

جدول 36-4 – بار حرارتي تجهيزات در شكل 7-3 ……………………………………………………………………………121

جدول 37-4- قيمت مبدلهاي نصب شده در شكل 7-3………………………………………………………………………121

جدول 38-4-قيمت تجهيزات تحت فشار نصب شده در شكل 7-3………………………………………………………….122

جدول 39-4 – قيمت برج و جدا كننده هاي نصب شده در شكل 7-3……………………………………………………….122

جدول 40-4- متوسط ارزش حرارتي اجزاي موجود در شكل 7-3…………………………………………………………….123

جدول 41-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 2-3 (حالت اول)………………………………………………………..125

جدول 42-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 2-3 (حالت دوم)……………………………………………………….125

جدول 43-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 3-3 (حالت اول)……………………………………………………….125

جدول 44-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 3-3 (حالت دوم)………………………………………………………126

جدول 45-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 6-3……………………………………………………………………..126

جدول 46-4- خصوصيات تجهيزات مختلف در شكل 7-3……………………………………………………………………..126

جدول 47-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 2-3 (حالت اول)…………………………………………..127

جدول 48-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 2-3 (حالت دوم) ………………………………………….127

جدول 49-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 3-3 (حالت اول)…………………………………………..128

جدول 50-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 3-3 (حالت دوم) ………………………………………….128

جدول 51-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 6-3…………………………………………………………129

جدول 52-4- قيمت نصب شده و Total Cost تجهيزات شكل 7-3…………………………………………………………129

جدول 1-5 – خصوصيات تجهيزات در فرآيندهاي مختلف…………………………………………………………………….131

جدول 2-5- مقايسه اقتصادي بين فرآيندهاي مختلف………………………………………………………………………..132

جدول 3-5- افزايش ظرفيت خط لوله براي فرآيندهاي مختلف ……………………………………………………………….134

فهرست شكل ها

شكل 1-2- نمودار t-x-y براي4p = 400psia N2 -CH [3] …………..ا…………………………………………………….10
شكل 2-2- نمودار فرآيند يك برجه [3]………………………………………………………………………………………….16

شكل 3-2- جداسازي نيتروژن همراه با بازيافت NGL [7]……..ا…………………………………………………………….19

شكل 4-2 – فرآيندي براي غلظت كم نيتروژن[2]…………………………………………………………………………..25

شكل5-2- فرآيند با برج تقطير جفت (DBLC) [3] …..ا………………………………………………………………………27

شكل 6-2- نمودار فرآيند با سه برج تقطير [3]……………………………………………………………………………..29

شكل 7-2- نمودار فرآيند با استفاده از دو برج………………………………………………………………………………31

شكل 8-2- جذب همراه با توليد NGL [41]……ا……………………………………………………………………………..34

شكل 9-2- جذب با استفاده از حلال خارجي [51]…………………………………………………………………………..36

شكل 10-2- فرآيند جذب بدون استفاده از حلال خارجي [61]………………………………………………………………41

شكل 11-2- فرآيند PSA براي جداسازي نيتروژن از گاز طبيعي[01] ……………………………………………………..43

شكل 12-2- انتخاب پذيري متان/ نيتروژن به عنوان تابعي از دما[9] ………………………………………………………44

شكل 1-3 – شبيه سازي Patent 4415345 بوسيله Aspen….ا…………………………………………………………..52

شكل2-3- شبيه سازي اصلاح شده Patent 4415345 بوسيله Aspen……ا………………………………………………53

شكل 3-3- شبيه سازي Patent 4411677 بوسيله Aspen…..ا…………………………………………………………….55
شكل 4-3 – مبدل هاي حرارتي Brazed Aluminum از نوع plate-fin [11]…ا…………………………………………….57

شكل 5-3 – سرعت جرمي در مبدل هايي با فرآيندهاي گازي[31]………………………………………………………….64

شكل 6-3 – شبيه سازي Patent 5551972 بوسيله Aspen..ا……………………………………………………………….66

شكل 7-3- شبيه سازي Patent 5406802 بوسيله Aspen.ا…………………………………………………………………69

شكل 8-3- نمودار هزينه M&S [02….ا…………………………………………………………………………………………76
شكل 1-4- پروفيل دما براي شكل 1-3 ………………………………………………………………………………………..85

شكل 2-4- وضعيت 2CH4/N براي شكل 1-3…………………………………………………………………………………85

شكل 3- 4- پروفيل دما براي شكل 2-3………………………………………………………………………………………..87

شكل 4-4- وضعيت 2CH4/N براي شكل 2-3…………………………………………………………………………………87

شكل 5-4-پروفيل دما براي شكل 3-3………………………………………………………………………………………..102

شكل 6-4- وضعيت 2CH4/N در شكل 3-3………………………………………………………………………………..102

شكل 7-4- پروفيل دما براي شكل 6-3 ……………………………………………………………………………………112
شكل 8-4- وضعيت 2CH4/N در شكل 6-3………………………………………………………………………………..112
شكل 9-4- پروفيل دما براي شكل 7-3 ……………………………………………………………………………………120
شكل 10-4- وضعيت 2CH4/N در شكل 7-3………………………………………………………………………………120

 

فصل اول
-1عوامل مطلوبي كه باعث تقاضاي گاز طبيعي در آينده ميشوند:
1-1-1 گاز طبيعي بصورت يك منبع انرژي فراوان وجود دارد:
موجودي وسيع گاز در سرتاسر جهان در چند دهه گذشته باعث شده تا به مخازن گـازي بـصورتاصلاح شدهاي اهميت قابل توجهي معطوف دارند. بعنوان يك نتيجه، يك احساس اطمينان از منابع و ذخاير فراوان گاز طبيعي(به نسبت سوختهاي ديگر) كـه بـصورت روزافـزون و تـصاعدي رو بـهافزايش است ، باعث شده كه در ايالات متحده و اروپا قوانيني كه استفاده از گازهـا را در طرحهـايمختلف ممنوع كرد؛ منسوخ گردد.
2-1-1-مسائل زيست محيطي:
حفاظتهاي زيست محيطي و خطرات زيست محيطي انتخاب گاز را مساعد ميكند. طبيعت شيمياييگاز طبيعي بعنوان تميزترين سوختها دليل اصلي پذيرش آن در سـطح وسـيع و گـسترده مـيباشـد .
افزايش استفاده از گاز به كم كردن اثر گلخانه اي و همچنين بارانهاي اسيدي كمك مي كند.
گاز طبيعي كربن كمتر و هيدروژن بيشتري نسبت بـه سـوختهاي فـسيلي دارد. بعلـت خـصوصياتشيميايي و فيزيكي، گاز طبيعي يك منبع انرژي است كه كمترين مقدار 2COرا براي مقدار مـشابهياز الكتريسيته توليد ميكند؛ حدوداً 67درصد كمتر از زغالسـنگ و 50درصـد كمتـر از محـصولاتپتروشيميايي با يك بازده مشابه[1].
بعلاوه گازطبيعي هيچگونه ذرات ريز ندارد و ميزان گوگرد و فلزات سنگين آن خيلي ناچيز اسـت، سوختن آن توليد كسر بسيار كم و قابل صرفنظر كردن از 2SO و NOX در خروجـي در مقايـسه بـاسوختهاي نفتي و زغال سنگ ميكند. درboiler ها، بعنوان يك قانون، گاز طبيعي حـدود 5/1 تـا 2 برابر كمتر نسبت به سوختهاي نفتي و حدود 5/2 برابر كمتر نـسبت بـه زغـال سـنگ، توليـد NOX مي كند. انتشار 2SO در نتيجه سوختن گاز طبيعي حدود 90درصد كمتر از زغال سنگ مي باشد[1].
۴
3- 1-1افزايش استفاده از گاز در توليد نيرو:
استفاده از گاز طبيعي مستقيماً به پيشرفت تكنولوژي مربوط به گاز مربوط مـيباشـد . تكنولوژيهـايجديد كه از سيكلهاي تركيبي و توليد دوباره استفاده ميكند امـروزه بـازدهي بيـشتري دارد. قيمـتپايينتر محصولات و سرمايهگذاري روح طرح منعطف گاز در استفاده، گـاز را بـراي توليـد انـرژيپيشنهاد ميكند. براي مثال يك سيكل تركيبي در يك طرح توليدي كه در آن از گاز استفاده مي شـودحدود 55درصد بازدهي بيشتري نسبت به سيكلها و توربينهاي مرسوم دارد.
توليد انرژي سريعترين بخش رشد و توسعه براي گاز محسوب ميشود كـه در سـال 2010 حـدود50درصد انرژي موردنياز جهان را بدين وسيله توليد مي كننـد . امـروزه ايـن رقـم حـدود 35درصـدمي باشد.
4- 1-1تحول در صنعت گاز جهان:
در ايالات متحده و بريتانيا جايي كه اين فرايند امروزه تقريباً رو به كامـل شـدن اسـت؛ احيـاءكردندوباره مواد مورد استفاده و همچنين قيمت محصولات باعث شده است كه گاز طبيعي بعنـوان يـكجايگزين مورد استفاده قرار گيرد.
2-1منشأ وجود نيتروژن در گاز طبيعي:
خارج كردن نيتروژن از گاز طبيعي مي تواند به دو دسته براساس منشأ وجودش تقسيم بندي شود.
نيتروژني كه بطور طبيعي وجود دارد(NON)و نيتروژني كه بر اثر فرايند ازدياد برداشت توليد شـدهاست(EOR). مشخصات و خصوصيات و فرايندي كه موردنياز است مشخصاً متفاوت مي باشد.
1-2-1نيتروژني كه بصورت طبيعي وجود دارد:
در سرتاسر دنيا مخازن زيادي وجود دارد كه بطور طبيعي حاوي مقدار زيـادي نيتـروژن مـيباشـد .
مقدار نيتروژن در گاز توليدي اين مخازن معمولاً در طول عمر استفاده از اين مخازن ثابت ميمانـد .
۵
طراحي بهينه واحد جداسازي نيتروژن(NRU) ميتواند روي يك تركيب ثابت خوراك انجام گيـرد.
معمولاً نيتروژن براي فرايند ازدياد برداشت به اين مخازن تزريق نميشود به همـين علـت نيتـروژنخروجي بعنو ان يك محصول ارزشي ندارد. به همين علت فشار نيتروژن در خروجي مهم نيـست واز سوي ديگر احياء و بدست آوردن هيدروكربنهايي كه همراه با جريان نيتروژن خروجـي در حـالخارج شدن است مهم است. انگيزههاي اقتصادي براي يك فرايند خاص شامل ارزش مايعات احياءشده و بدست آمده و گازهاي باقيمانده قابل فروش مي باشد.
2-2-1-مخازني كه بعلت فرايند ازدياد برداشت حاوي نيتروژن مي باشند:
برخلاف NON، ميزان نيتروژن در گاز توليدي با گذشت زمان، براي EOR، افزايش مي يابد.
اگرچه تغييرات غلظت نيتروژن بطور شديدي به خصوصيات مخزن وابسته اسـت ولـي يـك رونـد كلي در اين مورد قابل پيشبيني است . در چند سال اول ميزان نيتروژن تقريباً در حدودNON بـاقيميماند ولي پس از آن افزايش مييابد. بعد از 4سال حدود 5درصد، بعد از 8سال حدود 15درصـد،بعد از حدود 10سال حدود 25درصد و بعد از 16سال تقريباً 50درصد افزايش مي يابد[2].
اين ميزان ميتواند در طول پروژه در حدود 75-4 درصد تغيير كنـد. فراينـدNRU و تجهيـزات آنبايد براي گستره وسيعي از تركيب خوراك بتواند عمل كند و انعطاف پـذيري كليـد اصـلي طراحـيتجهيزات ميباشد. بازگرداندن نيتروژن خارج شده عموماً ارزانتر از توليد نيتروژن از هوا ميباشـد .
بعنوان يك نتيجه، فشار جريان نيتروژن خروجي براي به حداقل رساندن هزينـه انتقـال بـسيار مهـماست.
۶

3-1دلايل جداسازي نيتروژن از گاز طبيعي:
الف)بالا بردن ارزش حرارتي:
نيتروژن يك ناخالصي بدون ارزش حرارتي است و وجود آن باعث پايين آمدن ارزش حرارتي گـازطبيعي مي شود.
ب)ويژگيهاي خط لوله:
گاز طبيعي كه حاوي مقدار مشخص نيتروژن است ظرفيت خط لوله را كاهش مي دهد و هزينه هـايانتقال مثل سوخت مصرفي و كمپرسورها را افزايش ميدهد.
ج)قوانين زيست محيطي:
سوختن نيتروژن كه حاوي مقادير زياد نيتروژن مـيباشـد، توليـدNOX مـيكنـد . ايـن گازهـا اثـرناخوشايندي بر روي محيط زيست و موجودات زنده دارد.

بررسی و شبیه سازی جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی به همراه برآورد های اقتصادی

بررسی و شبیه سازی جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی به همراه برآورد های اقتصادی

فصل دوم
روشهايي كه پيش از اين براي خالصسازي گاز طبيعي، مخصوصاً خـارج كـردن نيتـروژن شـناختهشده اند بطور عمده به چهار دسته تقسيم مي شوند.
:(Cryogenic Distillation)تقطير مادون سرد(1فرايندي است كه شامل تقطير جزئي در دماي كم(و معمـولاً) در فـشار بـالا مـيباشـد از آنجـا كـهنيتروژن نقطه جوش پايينتري نسبت به متان و ساير هيـدروكربنهاي موجـود در گـاز طبيعـي دارد، مي تواند به عنوان يك گاز، زدايش شود.
:(Absorption)جذب(2فرايندي است كه در آن از روغنهاي سبك كه حـلال فيزيكـي هـستند(Mehra process) يـا بـدوناستفاده از حلال فيزيكي خارجي براي جداسازي نيتروژن از جريان هيدروكربن استفاده مي شود.
:(Adsorption)جذب سطحي(3بوسيله جذب انتخابي متان و هيدروكربنهاي سنگينتر بر روي يك جاذب مثل ذغـال چـوب فعـالشده انجام مي گيرد. سپس گازهاي جذب شده، دفع مي شوند تا گازي بدون نيتروژن حاصل شود.
:(Membrane)غشاء(4فرايندي شامل نفوذ انتخابي از ميان يك سري غشاهاي آلي مي باشد.
:(Cryogenic Distillation)تقطير مادون سرد 2-1
جداسازي نيتروژن وقتي كه نيتروژن و متان دو تركيب عمده هستند با استفاده از منحنيT-xy براياين دو تركيب انجام ميگيرد(شكل1-2). اينجا، جداسـازي بـين نيتـروژن و متـان سـاده اسـت كـهاحتياج به جريان برگشتي كم و مراحل كمي دارد. مشكل جداسازي بوسيله اين فراينـد احتيـاج بـهدماهاي خيلي پايين ميباشد. فرايندهاي زيادي براي جداسازي نيتروژن از گاز پيشنهاد شـده اسـت. هركدام از اين فرايندها از نظر اقتصادي محدوديتهايي براي جداسازي ايدهآل دارند . برخـي از ايـنمحدوديتها ممكن است به ميزان نيتروژن در گاز ورودي مربوط شود.

1-1-2پيش عمليات روي خوراك براي واحد جداسازي نيتروژن:
در فرايندهايي كه بايد دماي جريان هيدروكربن خوراك كم باشد براي مثال مايع كردن گاز طبيعـي، معمولاً ضروري است كه غلظت آب و دياكسيدكربن را قبل از هر فرايندي كه نياز به دماي پـاييندارد براي جلوگيري از جامدشدن اين تركيبات، كم كرد. بعضي از فرايندهايي كه در آن احتيـاج بـهدماي بسيار پايين است شامل جداسازي نيتروژن، احياء هليم، مايع كردن گاز طبيعي و احياء دوبـارهاتان مي باشد.
معمولاً از روش جذب مايعات بوسيله حلالهايي مثل آلكانول آمين براي جداسـازي(خـارج كـردن) دي اكسيدكربن از جريان خوراك استفاده مي شود[4].
در بعضي از عملياتهاي در دماي پائين كه روي هيدروكربنها انجام مـيشـود ،جائيكه مـواد جـذبشده براي خارج كردن آب و دي اكسيد كربن استفاده ميشود، هردوي اين تركيبات در يـك بـسترجذب يكسان جذب مي شـوند . بـراي مثـال u.k.Patent application QB2187667A Published Apr 29.1987 [5] در مورد فرايندي كه هم دي اكسيدكربن هم بخـارآب در يـك بـستر جـذب ازخوراك گازطبيعي جدا ميشوند بحث ميكند. اگرچه سيستمهاي جذب سطحي كه براي جداسازيهم آب و هم دي اكسيدكربن در يك بستر، جذب طراحي شده اند ممكن است با مـشكلات اساسـي مواجه شوند . براي مثال مي دانيم كه آب بعنوان يك ماده جذب شونده قوي شناخته شـده اسـت. در حاليكه دياكسيدكربن خيلي كمتر از آن قدرت جـذب شـدن دارد. بنـابراين تـا زمـاني كـه جـذبسطحي در دماي پايينتر قابل انجام است، مطلوب ما است كه اين جـذب سـطحي در پـايينتـريندمائي كه ممكن است انجام شود. اما در حـضور هيـدراتهايي كـه در حـضور آب در دمـاي پـائينتشكيل مي شوند و باعث مشكلات انسداد مي شوند، پايين آوردن دما محدود مي شود.
يك سيستم جذب سطحي كه شامل يك بستر جداگانه بـراي جـذب دياكـسيدكربن و يـك بـسترجداگانه براي جذب آب مي باشـد ، پيـشنهاد شـده اسـت. U.S Patent NO 3841058 كـه بوسـيلهTempleman پيشنهاد شده است، يك روش خالص سازي گاز طبيعي را بيان ميكند كه ايـن روشبراي مايع سازي مناسب مي باشد [6]. روشي كه در بـالا بحـث شـد درU.S Patent NO 3841058 آمده است كه يك راهحل مناسب را براي جداسازي آب و دياكسيدكربن براي فراينـدهايي كـه دردماي پايين انجام ميگيرد، پيشنهاد ميكند. بخصوص كه بستر جـذب دوم بوسـيله جـذب سـطحيفشاري احياء ميشود و اين يك واقعيت است كه هيدروكربن در اثر سيكلهاي فشاري كمتـر احيـاءميشود و يك سيكل با زمان كمتر در مقايسه سـيكلهاي حرارتـي خـواهيم داشـت . مثـل دقـايق درمقابل ساعتها و بنابراين هيدروكربنهاي خوراك فاز ورودي كـه در فـضاهاي خـالي پـس از فراينـدجذب باقي ميمانند بعنوان جريان خروجي هنگاميكه بستر جذب دوباره تحت فشار قرار ميگيـرد،هدر مي رود.
بـا توجـه بـه مباحـث ذكـر شـده، فراينـدهايي بـراي جداسـازي آب و دي اكـسيدكربن از جريـان هيدروكربن ورودي پيشنهاد شده است.طبق مبحث حاضر آب و دياكسيدكربن در مراحـل جـذبمجزا از هم بهتر از يك مرحله جذب منفرد زدوده مي شوند[4].
از يك جنبه اين معرفي، يك فرايند را براي جدا كردن آب و دياكسيدكربن از يك جريان خـوراك كه شامل هيدروكربنها، آب و دياكسيدكربن است مهيا ميكند. اين فرايند شامل مراحل زير اسـت:
(a)عبور كردن جريان خوراك از مرحله اول جذب سطحي كه حـاوي يـك جـاذب مـي باشـد كـهداراي جذب انتخابي نسبت به آب است با دما و فشاري كه مناسب براي جذب آب است. خروجي از مرحله اول داراي غلظت كمتري از آب نسبت به جريان خوراك ورودي است.(b)عبور از مرحلهدوم جذب كه قابليت جذب انتخابي جاذب نسبت بـه دياكـسيدكربن در آن بـالا اسـت بـا دمـا وفشاري كه مناسب جذب در اين مرحله است و دماي جذب در اين مرحلـه(مرحلـه دوم) كمتـر ازمرحله اول است. جريان خروج ي از مرحله دوم داراي غلظت كمتري از دي اكـسيدكربن نـسبت بـهجريان خروجي از مرحله اول است.(c)عبور دادن گاز زدوده شـده در طـي مرحلـه اول جـذب، ازمرحله اول احياء در دما و فشاري كه مخصوص اين مرحله است تا پس از دفـع آب، عمـل دوبـارهاحياء شدن انجام شود.(d) عبور دادن گاز زدوده شـده در طـي مرحلـه دوم جـذب، از مرحلـه دوماحياء در دما و فشاري كه مخصوص اين مرحله ميباشد تـا پـس از دفـع دياكـسيدكربن آن عمـلدوباره احياءشدن روي آن انجام گيرد. دما در اين مرحله در حدودF o250 و فـشار در ايـن مرحلـهدر حدود psia50 ميباشد.
فرايندي كه ذكر شد ممكن اسـت بوسـيله هـر مـاده جـاذب ممكـن يـا تركيـب مـواد جـاذب كـهانتخابپذيري مناسبي براي آب و دي اكسيدكربن دارد، انجام پـذيرد . برخـي جاذبهـاي مناسـب كـهتاكنون شناخته شـده انـد عبـارت انـد از : كـربن فعـالCrystalline Molecular Sieve ، خـاك رس فعال، سيليكاژل، آلومينيوم فعال و شبيه به آنهـا مـي باشـد . Molecular Sieve بعنـوان مثـال شـاملفرمهـاي مختلفـي از سـيليكوآلومينا فـسفاتها و آلومينافـسفيتها مـي باشـد كـه درU.S Patent NO 4440871 بحث شده است و ممكن است بازئوليتها و زئوليتيكها تركيب شوند و با فرمول عمـوميزير نمايش داده مي شوند:
Me 2 : Al 2 O 3 ixSio 2 : yH 2 O
كه در آنMe كاتيون است. xعدد بين 2 به بالا تا مقـدار معينـي اسـت. nبـاريون كـاتيون اسـت وyعددي بين 2 تا 10مي باشد.
زئوليتهاي خاص شناخته شده كه مورد استفاده قرار ميگيرند شامل كابازيت كه بعنـوان زئوليـتD نيز شناخته ميشود، كلينوپ يتلوليت، اريونايل، فاوجـاتي كـه بعنـوان زئوليـتX و زئوليـتY نيـزشناخته ميشود. فرمريت،مررنيت زئوليتA و زئوليتP ، زئوليتهاي ديگر كـه ممكـن اسـت بـراياستفاده در اين مورد مناسب باشند آنهايي هستند كه حاوي مقادير بالاي سيليكا باشند مـثلاً آنهـاييكه نسبت سيليكا به آلومينا در آنها بالاتر از 100باشد، اگرچه اين زئوليتهايي كه حاوي چنين مقـاديربالاي سيليكا هستند نسبتاً ظرفيت جذب پاييني براي آب دارند. يكـي از ايـن زئوليتهـا سـيليكاليتاست. جزئيـات بيـشتر در مـورد معرفـي زئوليتهـاي فـوق را مـي تـوان درD.W.Break, Zeolite Molecular Sieves John Wiley and Sons, NewYork 1974 مطالعه كرد.
سيكلهاي جذب سطحي جارويي دمايي، براي فراينـد حاضـر موردنيـاز اسـت. فراينـدهاي جـذبسطحي جارويي دمايي بـراي فراينـدهاي متعـددي از جداسـازي بوسـيله جـذب سـطحي مناسـبميباشد. عموماً جذب سطحي دمايي براي فرايندهايي مناسب است كه در دماي پايين عمل جـذبصورت ميگيرد و سپس در يك دماي بالاتر احياء ميشود با يك جريان زدايش گـرم كـه بعـداً تـادماي جذب سطحي خنك مي شود.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان