مقدمه

گذشته، اهمیت گاز طبیعی در تامین منابع انرژی در سرتاسر جهان اهمیـت روزافزونـیپیدا کرده است. امروزه این منبع انرژی بعنوان سوخت قرنهای آینـده مـورد توجـه قـرار مـیگیـرد .
حقیقتاً، گاز طبیعی یک سوخت موثر و تمیز میباشد و این خاصیت بدون شک منجـر بـه افـزایشقابل توجهی در سهم این ماده در موازنه انرژی در سطح دنیا می شود، چه مـسائلی کـه گـاز طبیعـیبصورت مستقیم در آن نقش ایفا میکند و چه مسائلی که گـاز طبیعـی بـصورت غیرمـستقیم در آننقش دارد . امروزه تقاضا برای گاز طبیعی بیش از 35 درصد از کل انرژی موردنیاز جهـان مـی باشـدکه در مقایسه با 17درصد در سال 1970 نشان دهنده افزایش اهمیت این ماده بعنوان منبع انرژی درجهان می 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

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………….1

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

فصل اول : کلیاتی در مورد گاز طبیعی ………………………………………………………..3

1-1عوامل مطلوبی که باعث تقاضای گاز طبیعی در آینده می شوند:……………………………………………………4
2-1منشأ وجود نیتروژن در گاز طبیعی:………………………………………………………………………………………5
1-2-1نیتروژنی که بصورت طبیعی وجود دارد:……………………………………………………………………………….5
2-2-1-مخازنی که بعلت فرایند ازدیاد برداشت حاو ی نیتروژن می باشند:……………………………………………….6
3-1دلای ل جداساز ی نیتروژن از گاز طبیعی:……………………………………………………………………………….7

فصل دوم: مروری بر مباحث نظری……………………………………………………………..8

1-2 تقطیر مادون سرد(Cryogenic Distillation):……ا……………………………………………………………………9
1-1-2پی ش عملیات روی خوراک برای واحد جداساز ی نیتروژن:………………………………………………………10
1-2-1-2جداسازی نیتروژن همراه با NGL Recovery:…ا………………………………………………………………….16
2-2-1-2فرایندی برای غلظت کم نیتروژن:………………………………………………………………………………….23

3 فصل سوم: شبی ه ساز ی فرایند و ارزیاب ی اقتصادی ……………………………..48

1-3شبیه سازی فرایند:…………………………………………………………………………………………………49
1-1-3 تقطیر مادون سرد: ………………………………………………………………………………………………49
3-1-3جذب:……………………………………………………………………………………………………………….65
اقتصادی:………………………………………………………………………………………………………………….70
4-2-2-3یک مدل ساده شده برای محاسبه سرمایه گذاری(Simplified Investment Model): …..ا…………..79
فصل چهارم: اطلاعات شبیه سازی و نتایج اقتصادی………………………………………………………………..83
Cryogenic Distillation For low Concentration ) تقطیر مادون سرد برای غلظت کم نیتروژن4-1
……………………………………………………………………………………………………………………………..84

1-1-4اطلاعات شبیه سازی:…………………………………………………………………………………………….84
2-1-4نتای ج اقتصادی: ……………………………………………………………………………………………………89

-2-1-4 مبدل حرارتی………………………………………………………………………………………………………..89
4-2-1-4 برج تقطیر…………………………………………………………………………………………………………..94
4-1-2-5:(Operating and maintenance Cost)هزی نه عملیات و نگهداری ………………………………………….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 شبیه سازی:……………………………………………………………………………………………….101
2-2-4-4 نتایج اقتصادی: ……………………………………………………………………………………………………104
4-2-2-1. هزینه عملیات و نگهداری ؛(Operating and maintenance Costs) ………ا………………………………107
4-2-2-2 سرمایه گذاری و هزینه استهلاک ( Amortized total Capital investment)……..ا……………………….107
3-2-2-4 استهلاک عملیات و نگهداری((Amortized O&M ……ا………………………………………………………..108
Total product Cost4-2-2-4) :قیمت تمام شده محصول……………………………………………………………….108
-4فرایند جذب بدون حلال خارجی:………………………………………………………………………………………..111
1- 3-4اطلاعات شبیه سازی:……………………………………………………………………………………………..111
2- 3-4نتای ج اقتصادی: ……………………………………………………………………………………………………113
1-2-3-4 مبدل های حرارتی:………………………………………………………………………………………………113
2-2-3-4 پمپ ………………………………………………………………………………………………………………..114
3-2-3-4 برج جذب …………………………………………………………………………………………………………..114
Operating and maintenance Cost4-3-2-4s) هزینه عملیات و نگهداری …………………………………………….115
Amortized tot.Cap: Investment4-3-2-5)سرمایه گذاری و هزینه استهلاک ……….…………………………………..117
6-2-3-4 استهلاک عملیات و نگهداری( Amortized O&M …..ا…………………………………………………………..117
7-2-3-4 قیمت تمام شده .محصول:………………………………………………………………………………………..118
4-4فرایند جذب با استفاده از حلال خارجی:……………………………………………………………………………….119
1-4-4 اطلاعات شبیه سازی:……………………………………………………………………………………………….119
2- 4-4نتای ج اقتصادی: ……………………………………………………………………………………………………..121
1-2-4-4 مبدل حرارتی………………………………………………………………………………………………………..123
2-2-4-4 پمپ:…………………………………………………………………………………………………………………122
3-2-4-4 برج جذب و دفع:……………………………………………………………………………………………………123
6-2-4-4 استهلاک عملیات و نگهداری( Amortized O&M……ا………………………………………………………….124
7-2-4-4قیمت تمام شده محصول: (Total. pro.Cost …ا………………………………………………………………..124
5-4 خلاصه ای از ویژگیها و خصوصیات فرایندها:…………………………………………………………………………..125
6-4خلاصه ای از ارزیاب ی اقتصادی:………………………………………………………………………………………..127

فصل پنجم: مقایسه و نتیجه گیری ……………………………………………………………….130

1-5مقایسه:……………………………………………………………………………………………………………………131
2-5 نتیجه گیری و پیشنهادات:………………………………………………………………………………………………..133

مراجع لاتین:……………………………………………………………………………………………………………………..136

فهرست جداول

جدول 1-3 – ضرایب انتقال حرارت برای مبدل های از نوع plat –fin [31………..ا………………………………………..60
جدول 1-4- موازنه ماده برای شکل 1-3………………………………………………………………………………………..84

جدول 2-4- بار حرارتی تجهیزات شکل 1-3 …………………………………………………………………………………..86

جدول 3-4- موازنه ماده برای شکل 2-3( حالت اول) …………………………………………………………………………86

جدول 4-4- بارحرارتی تجهیزات برای شکل 2-3(حالت اول)………………………………………………………………….88

جدول 5-4- موازنه ماده برای شکل 2-3(حالت دوم) ………………………………………………………………………….88

جدول 6-4- بار حرارتی تجهیزات برای شکل 2-3(حالت دوم)………………………………………………………………..89

جدول7-4 – قیمت مبدلهای نصب شده در شکل 2-3(حالت اول)……………………………………………………………91

جدول8-4 – قیمت کمپرسور های نصب شده در شکل 2-3(حالت اول)……………………………………………………..92

جدول 9-4- قیمت خنک کننده های نصب شده در شکل 2-3(حالت اول)……………………………………………………..92

جدول 10-4- قیمت برج و جداکننده های نصب شده در شکل 2-3…………………………………………………………..93

جدول 11-4 – متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 2-3 (حالت اول)……………………………………………..95

جدول 12-4- قیمت مبدل هایLNG نصب شده در شکل 2-3(حالت دوم)……………………………………………………97

جدول 13-4- قیمت کمپرسورهای نصب شده در شکل 2-3(حالت دوم)……………………………………………………..98

جدول 14-4- قیمت خنککننده های نصب شده در شکل 2-3(حالت دوم)…………………………………………………….98

جدول 15-4- متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 2-3 (حالت دوم)………………………………………………..99

جدول 16-4- موازنه ماده برای شکل 3-3 (حالت اول)…………………………………………………………………………101

جدول 17-4- بارحرارتی تجهیزات در شکل 3-3 ………………………………………………………………………………….103

جدول 18-4- موازنه ماده برای شکل 3-3(حالت دوم)……………………………………………………………………………103

جدول 19-4- بار حرارتی تجهیزات برای شکل 3-3 (حالت دوم)………………………………………………………………..104

جدول 20-4- قیمت مبدلهایLNG نصب شده در شکل 3-3(حالت اول)………………………………………………………..104

جدول 21-4- قیمت کمپرسورهای نصب شده در شکل 3-3(حالت اول) ……………………………………………………….104 جدول22-4- قیمت خنک کننده نصب شده در شکل 3-3(حالت اول)……………………………………………………………..105

جدول 23-4- قیمت برج و جدا کننده های نصب شده در شکل 3-3 ……………………………………………………………105

جدول 24-4 – متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 3-3 (حالت اول)………………………………………………..106 جدول25-4- قیمت مبدلهایLNG نصب شده در شکل 3-3(حالت دوم)……………………………………………………….108

جدول 26-4- قیمت کمپرسورهای نصب شده در شکل 3-3(حالت دوم)………………………………………………………108
جدول 27-4- قیمت خنک کننده های نصب شده در شکل 3-3(حالت دوم)…………………………………………………..108
جدول 28-4 – متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 3-3 (حالت دوم)……………………………………………….109

جدول 29-4- موازنه ماده در فرآیند جذب (بدون استفاده از حلال خارجی) شکل 6-3…………………./…………………111
جدول 30-4- بار حرارتی تجهیزات در شکل 6-3………………………………………………………………………………..113

جدول 31-4- قیمت مبدل های نصب شده در شکل6-3 ………………………………………………………………………114

جدول 32-4- قیمت تجهیزات تحت فشار نصب شده در شکل 6-3 ………………………………………………………….114

جدول 33-4-قیمت برج و جداکننده های نصب شده در شکل 6-3……………………………………………………………115

جدول 34-4 -متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 6-3…………………………………………………………….116

جدول 35-4- موازنه ماده برای شکل 7-3……………………………………………………………………………………..119

جدول 36-4 – بار حرارتی تجهیزات در شکل 7-3 ……………………………………………………………………………121

جدول 37-4- قیمت مبدلهای نصب شده در شکل 7-3………………………………………………………………………121

جدول 38-4-قیمت تجهیزات تحت فشار نصب شده در شکل 7-3………………………………………………………….122

جدول 39-4 – قیمت برج و جدا کننده های نصب شده در شکل 7-3……………………………………………………….122

جدول 40-4- متوسط ارزش حرارتی اجزای موجود در شکل 7-3…………………………………………………………….123

جدول 41-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 2-3 (حالت اول)………………………………………………………..125

جدول 42-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 2-3 (حالت دوم)……………………………………………………….125

جدول 43-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 3-3 (حالت اول)……………………………………………………….125

جدول 44-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 3-3 (حالت دوم)………………………………………………………126

جدول 45-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 6-3……………………………………………………………………..126

جدول 46-4- خصوصیات تجهیزات مختلف در شکل 7-3……………………………………………………………………..126

جدول 47-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 2-3 (حالت اول)…………………………………………..127

جدول 48-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 2-3 (حالت دوم) ………………………………………….127

جدول 49-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 3-3 (حالت اول)…………………………………………..128

جدول 50-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 3-3 (حالت دوم) ………………………………………….128

جدول 51-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 6-3…………………………………………………………129

جدول 52-4- قیمت نصب شده و Total Cost تجهیزات شکل 7-3…………………………………………………………129

جدول 1-5 – خصوصیات تجهیزات در فرآیندهای مختلف…………………………………………………………………….131

جدول 2-5- مقایسه اقتصادی بین فرآیندهای مختلف………………………………………………………………………..132

جدول 3-5- افزایش ظرفیت خط لوله برای فرآیندهای مختلف ……………………………………………………………….134

فهرست شکل ها

شکل 1-2- نمودار t-x-y برای4p = 400psia N2 -CH [3] …………..ا…………………………………………………….10
شکل 2-2- نمودار فرآیند یک برجه [3]………………………………………………………………………………………….16

شکل 3-2- جداسازی نیتروژن همراه با بازیافت NGL [7]……..ا…………………………………………………………….19

شکل 4-2 – فرآیندی برای غلظت کم نیتروژن[2]…………………………………………………………………………..25

شکل5-2- فرآیند با برج تقطیر جفت (DBLC) [3] …..ا………………………………………………………………………27

شکل 6-2- نمودار فرآیند با سه برج تقطیر [3]……………………………………………………………………………..29

شکل 7-2- نمودار فرآیند با استفاده از دو برج………………………………………………………………………………31

شکل 8-2- جذب همراه با تولید NGL [41]……ا……………………………………………………………………………..34

شکل 9-2- جذب با استفاده از حلال خارجی [51]…………………………………………………………………………..36

شکل 10-2- فرآیند جذب بدون استفاده از حلال خارجی [61]………………………………………………………………41

شکل 11-2- فرآیند PSA برای جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی[01] ……………………………………………………..43

شکل 12-2- انتخاب پذیری متان/ نیتروژن به عنوان تابعی از دما[9] ………………………………………………………44

شکل 1-3 – شبیه سازی Patent 4415345 بوسیله Aspen….ا…………………………………………………………..52

شکل2-3- شبیه سازی اصلاح شده Patent 4415345 بوسیله Aspen……ا………………………………………………53

شکل 3-3- شبیه سازی Patent 4411677 بوسیله Aspen…..ا…………………………………………………………….55
شکل 4-3 – مبدل های حرارتی Brazed Aluminum از نوع plate-fin [11]…ا…………………………………………….57

شکل 5-3 – سرعت جرمی در مبدل هایی با فرآیندهای گازی[31]………………………………………………………….64

شکل 6-3 – شبیه سازی Patent 5551972 بوسیله Aspen..ا……………………………………………………………….66

شکل 7-3- شبیه سازی Patent 5406802 بوسیله Aspen.ا…………………………………………………………………69

شکل 8-3- نمودار هزینه M&S [02….ا…………………………………………………………………………………………76
شکل 1-4- پروفیل دما برای شکل 1-3 ………………………………………………………………………………………..85

شکل 2-4- وضعیت 2CH4/N برای شکل 1-3…………………………………………………………………………………85

شکل 3- 4- پروفیل دما برای شکل 2-3………………………………………………………………………………………..87

شکل 4-4- وضعیت 2CH4/N برای شکل 2-3…………………………………………………………………………………87

شکل 5-4-پروفیل دما برای شکل 3-3………………………………………………………………………………………..102

شکل 6-4- وضعیت 2CH4/N در شکل 3-3………………………………………………………………………………..102

شکل 7-4- پروفیل دما برای شکل 6-3 ……………………………………………………………………………………112
شکل 8-4- وضعیت 2CH4/N در شکل 6-3………………………………………………………………………………..112
شکل 9-4- پروفیل دما برای شکل 7-3 ……………………………………………………………………………………120
شکل 10-4- وضعیت 2CH4/N در شکل 7-3………………………………………………………………………………120

 

فصل اول
-1عوامل مطلوبی که باعث تقاضای گاز طبیعی در آینده میشوند:
1-1-1 گاز طبیعی بصورت یک منبع انرژی فراوان وجود دارد:
موجودی وسیع گاز در سرتاسر جهان در چند دهه گذشته باعث شده تا به مخازن گـازی بـصورتاصلاح شدهای اهمیت قابل توجهی معطوف دارند. بعنوان یک نتیجه، یک احساس اطمینان از منابع و ذخایر فراوان گاز طبیعی(به نسبت سوختهای دیگر) کـه بـصورت روزافـزون و تـصاعدی رو بـهافزایش است ، باعث شده که در ایالات متحده و اروپا قوانینی که استفاده از گازهـا را در طرحهـایمختلف ممنوع کرد؛ منسوخ گردد.
2-1-1-مسائل زیست محیطی:
حفاظتهای زیست محیطی و خطرات زیست محیطی انتخاب گاز را مساعد میکند. طبیعت شیمیاییگاز طبیعی بعنوان تمیزترین سوختها دلیل اصلی پذیرش آن در سـطح وسـیع و گـسترده مـیباشـد .
افزایش استفاده از گاز به کم کردن اثر گلخانه ای و همچنین بارانهای اسیدی کمک می کند.
گاز طبیعی کربن کمتر و هیدروژن بیشتری نسبت بـه سـوختهای فـسیلی دارد. بعلـت خـصوصیاتشیمیایی و فیزیکی، گاز طبیعی یک منبع انرژی است که کمترین مقدار 2COرا برای مقدار مـشابهیاز الکتریسیته تولید میکند؛ حدوداً 67درصد کمتر از زغالسـنگ و 50درصـد کمتـر از محـصولاتپتروشیمیایی با یک بازده مشابه[1].
بعلاوه گازطبیعی هیچگونه ذرات ریز ندارد و میزان گوگرد و فلزات سنگین آن خیلی ناچیز اسـت، سوختن آن تولید کسر بسیار کم و قابل صرفنظر کردن از 2SO و NOX در خروجـی در مقایـسه بـاسوختهای نفتی و زغال سنگ میکند. درboiler ها، بعنوان یک قانون، گاز طبیعی حـدود 5/1 تـا 2 برابر کمتر نسبت به سوختهای نفتی و حدود 5/2 برابر کمتر نـسبت بـه زغـال سـنگ، تولیـد NOX می کند. انتشار 2SO در نتیجه سوختن گاز طبیعی حدود 90درصد کمتر از زغال سنگ می باشد[1].
۴
3- 1-1افزایش استفاده از گاز در تولید نیرو:
استفاده از گاز طبیعی مستقیماً به پیشرفت تکنولوژی مربوط به گاز مربوط مـیباشـد . تکنولوژیهـایجدید که از سیکلهای ترکیبی و تولید دوباره استفاده میکند امـروزه بـازدهی بیـشتری دارد. قیمـتپایینتر محصولات و سرمایهگذاری روح طرح منعطف گاز در استفاده، گـاز را بـرای تولیـد انـرژیپیشنهاد میکند. برای مثال یک سیکل ترکیبی در یک طرح تولیدی که در آن از گاز استفاده می شـودحدود 55درصد بازدهی بیشتری نسبت به سیکلها و توربینهای مرسوم دارد.
تولید انرژی سریعترین بخش رشد و توسعه برای گاز محسوب میشود کـه در سـال 2010 حـدود50درصد انرژی موردنیاز جهان را بدین وسیله تولید می کننـد . امـروزه ایـن رقـم حـدود 35درصـدمی باشد.
4- 1-1تحول در صنعت گاز جهان:
در ایالات متحده و بریتانیا جایی که این فرایند امروزه تقریباً رو به کامـل شـدن اسـت؛ احیـاءکردندوباره مواد مورد استفاده و همچنین قیمت محصولات باعث شده است که گاز طبیعی بعنـوان یـکجایگزین مورد استفاده قرار گیرد.
2-1منشأ وجود نیتروژن در گاز طبیعی:
خارج کردن نیتروژن از گاز طبیعی می تواند به دو دسته براساس منشأ وجودش تقسیم بندی شود.
نیتروژنی که بطور طبیعی وجود دارد(NON)و نیتروژنی که بر اثر فرایند ازدیاد برداشت تولید شـدهاست(EOR). مشخصات و خصوصیات و فرایندی که موردنیاز است مشخصاً متفاوت می باشد.
1-2-1نیتروژنی که بصورت طبیعی وجود دارد:
در سرتاسر دنیا مخازن زیادی وجود دارد که بطور طبیعی حاوی مقدار زیـادی نیتـروژن مـیباشـد .
مقدار نیتروژن در گاز تولیدی این مخازن معمولاً در طول عمر استفاده از این مخازن ثابت میمانـد .
۵
طراحی بهینه واحد جداسازی نیتروژن(NRU) میتواند روی یک ترکیب ثابت خوراک انجام گیـرد.
معمولاً نیتروژن برای فرایند ازدیاد برداشت به این مخازن تزریق نمیشود به همـین علـت نیتـروژنخروجی بعنو ان یک محصول ارزشی ندارد. به همین علت فشار نیتروژن در خروجی مهم نیـست واز سوی دیگر احیاء و بدست آوردن هیدروکربنهایی که همراه با جریان نیتروژن خروجـی در حـالخارج شدن است مهم است. انگیزههای اقتصادی برای یک فرایند خاص شامل ارزش مایعات احیاءشده و بدست آمده و گازهای باقیمانده قابل فروش می باشد.
2-2-1-مخازنی که بعلت فرایند ازدیاد برداشت حاوی نیتروژن می باشند:
برخلاف NON، میزان نیتروژن در گاز تولیدی با گذشت زمان، برای EOR، افزایش می یابد.
اگرچه تغییرات غلظت نیتروژن بطور شدیدی به خصوصیات مخزن وابسته اسـت ولـی یـک رونـد کلی در این مورد قابل پیشبینی است . در چند سال اول میزان نیتروژن تقریباً در حدودNON بـاقیمیماند ولی پس از آن افزایش مییابد. بعد از 4سال حدود 5درصد، بعد از 8سال حدود 15درصـد،بعد از حدود 10سال حدود 25درصد و بعد از 16سال تقریباً 50درصد افزایش می یابد[2].
این میزان میتواند در طول پروژه در حدود 75-4 درصد تغییر کنـد. فراینـدNRU و تجهیـزات آنباید برای گستره وسیعی از ترکیب خوراک بتواند عمل کند و انعطاف پـذیری کلیـد اصـلی طراحـیتجهیزات میباشد. بازگرداندن نیتروژن خارج شده عموماً ارزانتر از تولید نیتروژن از هوا میباشـد .
بعنوان یک نتیجه، فشار جریان نیتروژن خروجی برای به حداقل رساندن هزینـه انتقـال بـسیار مهـماست.
۶

3-1دلایل جداسازی نیتروژن از گاز طبیعی:
الف)بالا بردن ارزش حرارتی:
نیتروژن یک ناخالصی بدون ارزش حرارتی است و وجود آن باعث پایین آمدن ارزش حرارتی گـازطبیعی می شود.
ب)ویژگیهای خط لوله:
گاز طبیعی که حاوی مقدار مشخص نیتروژن است ظرفیت خط لوله را کاهش می دهد و هزینه هـایانتقال مثل سوخت مصرفی و کمپرسورها را افزایش میدهد.
ج)قوانین زیست محیطی:
سوختن نیتروژن که حاوی مقادیر زیاد نیتروژن مـیباشـد، تولیـدNOX مـیکنـد . ایـن گازهـا اثـرناخوشایندی بر روی محیط زیست 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
روشهایی که پیش از این برای خالصسازی گاز طبیعی، مخصوصاً خـارج کـردن نیتـروژن شـناختهشده اند بطور عمده به چهار دسته تقسیم می شوند.
:(Cryogenic Distillation)تقطیر مادون سرد(1فرایندی است که شامل تقطیر جزئی در دمای کم(و معمـولاً) در فـشار بـالا مـیباشـد از آنجـا کـهنیتروژن نقطه جوش پایینتری نسبت به متان و سایر هیـدروکربنهای موجـود در گـاز طبیعـی دارد، می تواند به عنوان یک گاز، زدایش شود.
:(Absorption)جذب(2فرایندی است که در آن از روغنهای سبک که حـلال فیزیکـی هـستند(Mehra process) یـا بـدوناستفاده از حلال فیزیکی خارجی برای جداسازی نیتروژن از جریان هیدروکربن استفاده می شود.
:(Adsorption)جذب سطحی(3بوسیله جذب انتخابی متان و هیدروکربنهای سنگینتر بر روی یک جاذب مثل ذغـال چـوب فعـالشده انجام می گیرد. سپس گازهای جذب شده، دفع می شوند تا گازی بدون نیتروژن حاصل شود.
:(Membrane)غشاء(4فرایندی شامل نفوذ انتخابی از میان یک سری غشاهای آلی می باشد.
:(Cryogenic Distillation)تقطیر مادون سرد 2-1
جداسازی نیتروژن وقتی که نیتروژن و متان دو ترکیب عمده هستند با استفاده از منحنیT-xy برایاین دو ترکیب انجام میگیرد(شکل1-2). اینجا، جداسـازی بـین نیتـروژن و متـان سـاده اسـت کـهاحتیاج به جریان برگشتی کم و مراحل کمی دارد. مشکل جداسازی بوسیله این فراینـد احتیـاج بـهدماهای خیلی پایین میباشد. فرایندهای زیادی برای جداسازی نیتروژن از گاز پیشنهاد شـده اسـت. هرکدام از این فرایندها از نظر اقتصادی محدودیتهایی برای جداسازی ایدهآل دارند . برخـی از ایـنمحدودیتها ممکن است به میزان نیتروژن در گاز ورودی مربوط شود.

1-1-2پیش عملیات روی خوراک برای واحد جداسازی نیتروژن:
در فرایندهایی که باید دمای جریان هیدروکربن خوراک کم باشد برای مثال مایع کردن گاز طبیعـی، معمولاً ضروری است که غلظت آب و دیاکسیدکربن را قبل از هر فرایندی که نیاز به دمای پـاییندارد برای جلوگیری از جامدشدن این ترکیبات، کم کرد. بعضی از فرایندهایی که در آن احتیـاج بـهدمای بسیار پایین است شامل جداسازی نیتروژن، احیاء هلیم، مایع کردن گاز طبیعی و احیاء دوبـارهاتان می باشد.
معمولاً از روش جذب مایعات بوسیله حلالهایی مثل آلکانول آمین برای جداسـازی(خـارج کـردن) دی اکسیدکربن از جریان خوراک استفاده می شود[4].
در بعضی از عملیاتهای در دمای پائین که روی هیدروکربنها انجام مـیشـود ،جائیکه مـواد جـذبشده برای خارج کردن آب و دی اکسید کربن استفاده میشود، هردوی این ترکیبات در یـک بـسترجذب یکسان جذب می شـوند . بـرای مثـال u.k.Patent application QB2187667A Published Apr 29.1987 [5] در مورد فرایندی که هم دی اکسیدکربن هم بخـارآب در یـک بـستر جـذب ازخوراک گازطبیعی جدا میشوند بحث میکند. اگرچه سیستمهای جذب سطحی که برای جداسازیهم آب و هم دی اکسیدکربن در یک بستر، جذب طراحی شده اند ممکن است با مـشکلات اساسـی مواجه شوند . برای مثال می دانیم که آب بعنوان یک ماده جذب شونده قوی شناخته شـده اسـت. در حالیکه دیاکسیدکربن خیلی کمتر از آن قدرت جـذب شـدن دارد. بنـابراین تـا زمـانی کـه جـذبسطحی در دمای پایینتر قابل انجام است، مطلوب ما است که این جـذب سـطحی در پـایینتـریندمائی که ممکن است انجام شود. اما در حـضور هیـدراتهایی کـه در حـضور آب در دمـای پـائینتشکیل می شوند و باعث مشکلات انسداد می شوند، پایین آوردن دما محدود می شود.
یک سیستم جذب سطحی که شامل یک بستر جداگانه بـرای جـذب دیاکـسیدکربن و یـک بـسترجداگانه برای جذب آب می باشـد ، پیـشنهاد شـده اسـت. U.S Patent NO 3841058 کـه بوسـیلهTempleman پیشنهاد شده است، یک روش خالص سازی گاز طبیعی را بیان میکند که ایـن روشبرای مایع سازی مناسب می باشد [6]. روشی که در بـالا بحـث شـد درU.S Patent NO 3841058 آمده است که یک راهحل مناسب را برای جداسازی آب و دیاکسیدکربن برای فراینـدهایی کـه دردمای پایین انجام میگیرد، پیشنهاد میکند. بخصوص که بستر جـذب دوم بوسـیله جـذب سـطحیفشاری احیاء میشود و این یک واقعیت است که هیدروکربن در اثر سیکلهای فشاری کمتـر احیـاءمیشود و یک سیکل با زمان کمتر در مقایسه سـیکلهای حرارتـی خـواهیم داشـت . مثـل دقـایق درمقابل ساعتها و بنابراین هیدروکربنهای خوراک فاز ورودی کـه در فـضاهای خـالی پـس از فراینـدجذب باقی میمانند بعنوان جریان خروجی هنگامیکه بستر جذب دوباره تحت فشار قرار میگیـرد،هدر می رود.
بـا توجـه بـه مباحـث ذکـر شـده، فراینـدهایی بـرای جداسـازی آب و دی اکـسیدکربن از جریـان هیدروکربن ورودی پیشنهاد شده است.طبق مبحث حاضر آب و دیاکسیدکربن در مراحـل جـذبمجزا از هم بهتر از یک مرحله جذب منفرد زدوده می شوند[4].
از یک جنبه این معرفی، یک فرایند را برای جدا کردن آب و دیاکسیدکربن از یک جریان خـوراک که شامل هیدروکربنها، آب و دیاکسیدکربن است مهیا میکند. این فرایند شامل مراحل زیر اسـت:
(a)عبور کردن جریان خوراک از مرحله اول جذب سطحی که حـاوی یـک جـاذب مـی باشـد کـهدارای جذب انتخابی نسبت به آب است با دما و فشاری که مناسب برای جذب آب است. خروجی از مرحله اول دارای غلظت کمتری از آب نسبت به جریان خوراک ورودی است.(b)عبور از مرحلهدوم جذب که قابلیت جذب انتخابی جاذب نسبت بـه دیاکـسیدکربن در آن بـالا اسـت بـا دمـا وفشاری که مناسب جذب در این مرحله است و دمای جذب در این مرحلـه(مرحلـه دوم) کمتـر ازمرحله اول است. جریان خروج ی از مرحله دوم دارای غلظت کمتری از دی اکـسیدکربن نـسبت بـهجریان خروجی از مرحله اول است.(c)عبور دادن گاز زدوده شـده در طـی مرحلـه اول جـذب، ازمرحله اول احیاء در دما و فشاری که مخصوص این مرحله است تا پس از دفـع آب، عمـل دوبـارهاحیاء شدن انجام شود.(d) عبور دادن گاز زدوده شـده در طـی مرحلـه دوم جـذب، از مرحلـه دوماحیاء در دما و فشاری که مخصوص این مرحله میباشد تـا پـس از دفـع دیاکـسیدکربن آن عمـلدوباره احیاءشدن روی آن انجام گیرد. دما در این مرحله در حدودF o250 و فـشار در ایـن مرحلـهدر حدود psia50 میباشد.
فرایندی که ذکر شد ممکن اسـت بوسـیله هـر مـاده جـاذب ممکـن یـا ترکیـب مـواد جـاذب کـهانتخابپذیری مناسبی برای آب و دی اکسیدکربن دارد، انجام پـذیرد . برخـی جاذبهـای مناسـب کـهتاکنون شناخته شـده انـد عبـارت انـد از : کـربن فعـالCrystalline Molecular Sieve ، خـاک رس فعال، سیلیکاژل، آلومینیوم فعال و شبیه به آنهـا مـی باشـد . Molecular Sieve بعنـوان مثـال شـاملفرمهـای مختلفـی از سـیلیکوآلومینا فـسفاتها و آلومینافـسفیتها مـی باشـد کـه درU.S Patent NO 4440871 بحث شده است و ممکن است بازئولیتها و زئولیتیکها ترکیب شوند و با فرمول عمـومیزیر نمایش داده می شوند:
Me 2 : Al 2 O 3 ixSio 2 : yH 2 O
که در آنMe کاتیون است. xعدد بین 2 به بالا تا مقـدار معینـی اسـت. nبـاریون کـاتیون اسـت وyعددی بین 2 تا 10می باشد.
زئولیتهای خاص شناخته شده که مورد استفاده قرار میگیرند شامل کابازیت که بعنـوان زئولیـتD نیز شناخته میشود، کلینوپ یتلولیت، اریونایل، فاوجـاتی کـه بعنـوان زئولیـتX و زئولیـتY نیـزشناخته میشود. فرمریت،مررنیت زئولیتA و زئولیتP ، زئولیتهای دیگر کـه ممکـن اسـت بـرایاستفاده در این مورد مناسب باشند آنهایی هستند که حاوی مقادیر بالای سیلیکا باشند مـثلاً آنهـاییکه نسبت سیلیکا به آلومینا در آنها بالاتر از 100باشد، اگرچه این زئولیتهایی که حاوی چنین مقـادیربالای سیلیکا هستند نسبتاً ظرفیت جذب پایینی برای آب دارند. یکـی از ایـن زئولیتهـا سـیلیکالیتاست. جزئیـات بیـشتر در مـورد معرفـی زئولیتهـای فـوق را مـی تـوان درD.W.Break, Zeolite Molecular Sieves John Wiley and Sons, NewYork 1974 مطالعه کرد.
سیکلهای جذب سطحی جارویی دمایی، برای فراینـد حاضـر موردنیـاز اسـت. فراینـدهای جـذبسطحی جارویی دمایی بـرای فراینـدهای متعـددی از جداسـازی بوسـیله جـذب سـطحی مناسـبمیباشد. عموماً جذب سطحی دمایی برای فرایندهایی مناسب است که در دمای پایین عمل جـذبصورت میگیرد و سپس در یک دمای بالاتر احیاء میشود با یک جریان زدایش گـرم کـه بعـداً تـادمای جذب سطحی خنک می شود.

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان