پایان نامه فراوری ،تصفیه و جذب گاز


دنلود مقاله و پروژه و پایان نامه دانشجوئی

پایان نامه فراوری ،تصفیه و جذب گاز مربوطه  به صورت فایل ورد  word و قابل ویرایش می باشد و دارای ۱۳۷  صفحه است . بلافاصله بعد از پرداخت و خرید لینک دانلود پایان نامه فراوری ،تصفیه و جذب گاز نمایش داده می شود، علاوه بر آن لینک مقاله مربوطه به ایمیل شما نیز ارسال می گردد

فهرست مطالب

مقدمه
فصل اول:
فصل اول: روش های مختلف فر‌‌آوری گاز طبیعی   ۸
۱-۱- تاریخچه روشهای تصفیه گاز   ۹
۱-۲- فرآیند های جذب در مایع   ۱۰
۱-۲-۱- فرآیند جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌پذیر   ۱۰
۱-۲-۱-۱- محلول نمک قلیایی جهت جدا سازی گازهای اسیدی   ۱۱
۱-۲-۱-۱-۱- فرآیندهای کربنات ها   ۱۳
۱-۲-۱-۱-۱-۱- فرآیند کربنات پتاسیم داغ    ۱۳
۱-۲-۱-۱-۱-۲- فرآیند کاتا کارب   ۱۵
۱-۲-۱-۱-۱-۳-  فرآیند کربنات گرم – آمین   ۱۷
۱-۲-۱-۱-۱-۴- فرآیند فلکسرب    ۱۸
۱-۲-۱-۱-۱-۵- فرآیند گیامارکو – وتروکک    ۱۹
۱-۲-۱-۱-۱-۶- فرآیند سیبورد    ۲۲
۱-۲-۱-۱-۱-۷- فرآیند کربنات تحت خلاء    ۲۴
۱-۲-۱-۱-۲ فرآیند الکازاید    ۲۵
۱-۲-۱-۱-۳- فرآیند تری پتاسیم فسفات    ۲۶
۱-۲-۱-۲- فرآیند الکانل آمین ها   ۲۷
۱-۲-۱-۳- فرآیند اکسیداسیون در فاز مایع   ۲۷
۱-۲-۱-۳-۱- فرآیند جی- وی   ۲۸
۱-۲-۲- فرآیندهای جذب فیزیکی گازهای اسیدی توسط حلال های فیزیکی   ۳۰
۱-۲-۲-۱- فرآیند حلال فلور    ۳۱
۱-۲-۲-۲- فرآیند سلکسول    ۳۳
۱-۲-۲-۳- جذب به وسیله ی آب   ۳۵
۱-۲-۲-۴- فرآیند سپاسلو    ۳۶
۱-۲-۲-۵- فرآیند پوریسول    ۳۷
۱-۲-۲-۶- فرآیند رکتیسول   ۳۸
۱-۲-۲-۷- فرآیند استاسولوان    ۴۲
۱-۲-۳- فرآیندهای مخلوط حلال های فیزیکی و شیمیایی   ۴۲
۱-۲-۳-۱- فرآیند سولفینول    ۴۲
۱-۲-۳-۲- فرآیند سلفینیگ    ۴۴
۱-۳- فرآیندهای بستر جامد   ۴۴
۱-۳-۱- فرآیند جذب سطحی خشک   ۴۵
۱-۳-۱-۱- فرآیند اکسید آهن   ۴۵
۱-۳-۱-۲- فرآیند اسفنج آهنی   ۴۷
۱-۳-۱-۳- فرآیند سافنولایم آر.جی   ۴۸
۱-۳-۲- فرآیند های جذب سطحی در مایع   ۴۸
۱-۳-۲-۱- فرآیند شیرین سازی به وسیله محلول آبکی   ۴۸
۱-۳-۲-۲- فرآیند کمیسوئیت   ۴۹
۱-۳-۳- الک های مولکولی   ۵۰
۱-۳-۳-۱- فرآیند جذب سطحی   ۵۳
۱-۴-  فرآیند نفوذ غشایی   ۵۵
فصل دوم: فرآیند حلال های آلکانل آمین و بررسی مشکلات این حلال ها در صنایع گاز   ۵۹
۲-۱- آلکانل آمین ها   ۶۰
۲-۱-۱- ساختار شیمیایی آلکانل آمین ها   ۶۰
۲-۱-۲خواص فیزیکی آلکانل آمین ها   ۶۲
۲-۱-۳- واکنش های شیمیایی الکانل آمین ها   ۶۳
۲-۲- مقایسه و معیار انتخاب الکانل آمین ها   ۶۴
۲-۲-۱- تری اتانل آمین ( TEA )   ۶۴
۲-۲-۲- منو اتانل آمین( MEA )   ۶۴
۲-۲-۳- دی اتانول آمین ( DEA )   ۶۵
۲-۲-۴- متیل دی اتانل آمین ( MDEA )   ۶۶
۲-۲-۵- دی گلایکول آمین ( DGA )   ۶۶
۲-۲-۶- دی ایزو پروپانل آمین ( DIPA )   ۶۷
۲-۳- غلظت محلول های آمین   ۶۸
۲-۴- شرح کلی فرآیند آمین   ۶۸
فصل سوم: معضلات حلال آمین در فرآیند فرآوری گاز   ۷۱
۳-۱- اتلاف آمین   ۷۲
۳-۱-۱- تبخیر ( vaprazation )   ۷۲
۳-۱-۲- اتلاف مکانیکی   ۷۵
۳-۱-۳- همراه بری ( (Entrainment   ۷۵
۳-۱-۳-۱- پراکنده شدن فاز مایع در فاز گاز   ۷۵
۳-۱-۳-۲- پراکنده شدن گاز در مایع (foaming)   ۷۶
۳-۱-۳-۲-۱- عوامل ایجاد کننده پدیده کفزایی   ۷۷
۳-۱-۴- تجزیه و فساد محلول آمین   ۷۸
۳-۲- آلودگی های محلول آمین   ۷۸
۳-۲-۱- هیدروکربن های محلول در آمین   ۷۸
۳-۲-۲- مواد شیمیایی تزریقی به محلول آمین   ۷۸
۳-۲-۳- ذرات ریز معلق در محلول آمین   ۷۹
۳-۲-۴- محصولات فساد و تجزیه آمین   ۷۹
۳-۲-۴-۱- تجزیه حرارتی   ۷۹
۳-۲-۴-۲- تجزیه شیمیایی   ۸۰
۳-۲-۴-۲-۱- واکنش های آمین ها با CO2   ۸۰
۳-۲-۴-۲-۱-۱- واکنش برگشت نا پذیر  MEA با CO2   ۸۰
۳-۲-۴-۲-۱-۲- واکنش برگشت ناپذیر DEA  با CO2   ۸۲
۳-۲-۴-۲-۱-۲-۱- تاثیر پارامترهای مختلف در سرعت واکنشهای تجزیه و فساد DEA (  )   ۸۶
۳-۲-۴-۲-۱-۲-۱-۱- تاثیر دما   ۸۶
۳-۲-۴-۲- ۱-۲-۱-۲- تاثیر غلظت اولیه DEA   ۸۸
۳-۲-۴-۲- ۱-۲-۱-۳- تأثیر فشار و حلالیت CO2   ۸۹
۳-۲-۴-۲- ۱-۲-۱-۴- تأثیر PH محلول   ۹۰
۳-۲-۴-۲-۱-۳- واکنش برگشت ناپذیر DIPA با CO2   ۹۰
۳-۲-۴-۲-۱-۴- واکنش برگشت پذیر DGA  با CO2   ۹۱
۳-۲-۴-۲-۱-۵- واکنش های برگشت ناپذیر MDEA  با CO2 [16]   ۹۱
۳-۲-۴-۲-۱-۵-۱- نقش پارامتر های مختلف در سرعت فساد و تجزیه MDEA (KMDEA)    ۹۶
۳-۲-۴-۲-۱-۵-۱-۱- تأثیر دما   ۹۶
۳-۲-۴-۲-۱-۵-۱-۲- تأثیر غلظت اولیه MDEA   ۹۷
۳-۲-۴-۲-۱-۵-۱-۳- تأثیر فشار جزئی CO2   ۹۸
۳-۲-۴-۲- ۲- واکنش های برگشت ناپذیر آمین ها با COS   ۹۹
۳-۲-۴-۲- ۲-۱-  واکنش های برگشت ناپذیر MEA  با COS   ۹۹
۳-۲-۴-۲- ۲-۲-  واکنش های برگشت ناپذیر DEA با  COS   ۹۹
۳-۲-۵- نمک های آمین مقاوم حرارتی   ۱۰۳
فصل چهارم: خوردگی در واحد های فرآوری گاز   ۱۰۹
۴-۱- انواع خوردگی   ۱۱۰
۴-۱-۱- خوردگی عمومی   ۱۱۰
۴-۱-۲- خوردگی گالوانیکی   ۱۱۱
۴-۱-۳- خوردگی شیاری   ۱۱۱
۴-۱-۴- خوردگی حفره ای   ۱۱۲
۴-۱-۵- خوردگی سایشی   ۱۱۲
۴-۱-۶- خوردگی تنشی   ۱۱۲
۴-۲- اثر گازهای اسیدی H2S و CO2 بر خوردگی   ۱۱۳
۴-۳- تاثیر نمک های مقاوم حرارتی بر خورندگی محلول آمین   ۱۱۶
۴-۳-۱- اثر غلظت آنیون های نمک مقاوم حرارتی  بر خوردگی   ۱۱۶
۴-۳-۲- اثر نمک سدیم آنیون ها بر خوردگی   ۱۱۷
۴-۳-۳- اثر دما بر خورندگی آنیون های نمک مقاوم حرارتی   ۱۱۸
۴-۳-۴- اثر غلظت آنیون های نمک مقاوم حرارتی بر PH محلول آمین و تأثیرآن بر خوردگی   ۱۱۹
۴-۴- روش های جلوگیری از خوردگی در سیستم های آمین    ۱۲۲
فصل پنجم:  روش های جداسازی آلودگی ها از محلول آمین   ۱۲۳
۵-۱- جداسازی هیدروکربن های محلول، مواد شیمیایی تزریقی و ذرات جامد معلق در محلول آمین   ۱۲۴
۵-۱-۱- فیلتراسیون   ۱۲۴
۵-۱-۱-۱- فیلتر گاز ترش ورودی   ۱۲۴
۵-۱-۱-۲- پریکوت فیلتر   ۱۲۵
۵-۱-۱-۳- فیلتر کربن فعال   ۱۲۵
۵-۲- جداسازی نمک های مقاوم حرارتی و محصولات فساد و تجزیه آمین از محلول آمین   ۱۲۶
۵-۲-۱- روش های احیاء موقت:   ۱۲۶
۵-۲-۱-۱- جایگزین کردن آمین کار کرده و آمین کار نکرده و تمیز   ۱۲۶
۵-۲-۱-۲- خنثی سازی نمک های مقاوم حرارتی   ۱۲۷
۵-۲-۲- روشهای احیاء کامل   ۱۲۸
۵-۲-۲-۱- تعویض بستر یونی   ۱۲۸
۵-۲-۲-۲- الکترودیالیز   ۱۳۰
۵-۲-۲-۳- روش احیاء حرارتی(تقطیر)   ۱۳۱
فهرست منابع   ۱۳۶

فهرست منابع

 

Kohl, K. Nielsen, R. (1997). “Gas Purification”. Gulf Publishing Co., Fifth Edition

Maddox, R.N. (1985). “Gas Conditioning and Processing”. Third ed. Oklahoma.

مادوکس، رابرت. ان. ترجمه داریوش مولا، بیژن هنرور. فرآوری و آماده سازی گاز طبیعی: شیرین سازی گاز و مایع. جلد چهارم، ۱۳۸۵

Hatche, N. A. Keller, A. E. “Are You Simulation Amines Too Clean?”. Optimized Gas Treating Inc.

Gas Treating Products and services. “UCARSOL HS 102 Solvent For Selective H2S Removal”. Dow Chemical Company.

Steward, E.J. Lanning, R.A. (1994). “Reduce Amine Plant Solvent Losses”. Gas/Spec Technology Group.

مجموعه مقالات، سمینار کاربردی آمین در واحدهای شیرین سازی گاز. مشهد، ۶-۸ شهریور ۱۳۶۸

Haws, R. (2001). “Contaminat In Amine Gas Treating”. CCR Technology Inc.

Haws, R. Jenkins, J. (2000). “Contaminat Report In Amine Gas Treating Service”. CCR Technology Inc.

Arby, R.G. F. Dupart, R.S. (1995). “Amine Plant Troubleshooting And Optimization “. Gas/Spec technology Group.

“MEA Reclaiming”. CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

Kenny, M. L. Meisen, A. (1985). “Mechanisms and Kinetics Diethanolamine Degradation”. Ind. Eng. Chem. Fundam. Vol. 24, pp. 129-140.

Hsu, C. S. Kim, C. J. (1985). “Diethanolamine (DEA) Degradation Under Gas-Treating Condition”. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. Vol. 24, pp. 630-635.

“DEA Reclaiming”. CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

Dawodu, O. F. Meisen, A. (1997). “Methyl-Diethanolamine Degradation- Mechanism and Kinetics”.The Canadian Journal Of Chemical Engineering. Vol. 75, pp. 861-871.

Chakma, A. Meisen, A. (1994). “Mechanism and Kinetics COS-Induced Diethanolamine Degradation”. Ind. Eng. Chem. Res. Vol. 33, pp. 480-487.

Rooney, P.C. Dupart, M.S. (2000). “Corrosion in Alkanolamine Plants: Causes and Minimization”. Gas/Spec Technology Group.

Sargent, A. (2001). “Texas Gas Plant Face Ongoing Battle With Oxygen Contamination”. Gas/Spec Technology Group.

Rooney, P.C. Bacon, T.R. Dupart, M.S. (1997). “Effect Of Heat Stable Salt On MDEA Solution Corrosivity”. Gas/Spec Technology Group.

Dupart, M.S. Bascon, T.R. Edwards, D.J. (1993). “Understanding Corrosion In Alkanolamine Gas Treating Plant”. Gas/Spec Technology Group.

“Solvent Quality Guidelines”. CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

Abedinzadegan, A. M. (1999). “Amine Degradation: Problems, Review Of Research Achievements, Recovery Techniques”. United State Patent No.5912387.

Rooney, P. C. Jackson, L. T. (1999). “Amine Heat Stable Neutralization Having Reduce Solids”. United State Patent No.5912387.

Caberly, S. H. Leaven, T. H. (1998). “Amine Heat Stable Removal From Type∏ Anion Exchange resin”. United State Patent No.5788864.

Keller, A. E. (1990). “Reactivation of Spent Alkanolamine”. United State Patent No.4970344.

Shao, J. Group Leader-Oil & Gas. “Amine Purification System (Ami pur)-Continuous Heat Stable Salt Removal From Amine Solution”. Eco-Tec Inc. Canada.

Byszewski, C. H. (2003). “Process For The Removal Of Heat Stable Amine Salt”. United State Patent No.6517700 B2.

Carlson, S. Canter, S. Jenkins, J. (2001). “Canadian Gas Treating Solvent Quality Control – Unique Challenges”. CCR Technologies Ltd.

مقدمه

گازی که از منابع گازی حاصل می شود، حاوی مقادیری ناخالصی مانند سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن، سولفید کربنیل، دی سولفید کربن و . . . همراه دارد که اصطلاحاَ گاز ترش نامیده می شود. وجود این گازهای اسیدی باعث ایجاد مشکلات خوردگی در صنایع نفت و گاز پتروشیمی می گردد. حذف این گازهای اسیدی صرف نظر از ایجاد مشکلات خوردگی که سالانه باعث از بین رفتن میلیونها دلار سرمایه می گردد، از نقطه نظر سمی بودن و یا ایجاد گازهای سمی بسیار مهم است. گاز سولفید هیدروژن که مهمترین ناخالصی به شمار می آید، از لحاظ سمی بودن قابل مقایسه با سیانید هیدروژن است و طبق استاندارد بین المللی مقدار آن در جریان گاز نباید از ppm 4 بیشتر باشد. بنابراین گاز پس از طی یک سری فرآیندها، گازهای اسیدی‌اش را از دست داده و به گاز شیرین تبدیل می‌گردد. فرآیندهایی که جهت تصفیه گاز به کار می‌روند با توجه به شرایط متفاوت بسیار متنوع می‌باشند. در حال حاضر آلکانل آمینها به طور گسترده در صنایع تصفیه گاز به عنوان حلال برای جذب هیدروژن سولفاید و دی اکسید کربن به کار می‌روند . بنا براین حفظ کیفیت آمین یکی از اساسی ترین موضوعاتی است که برای بهبود عملکرد سیستم شیرین سازی گاز مورد برسی قرار می گیرد. خوردگی بیش از اندازه و اتلاف حلال آمین، دو موضوعی است که بیشترین هزینه عملیاتی را در سیستم آمین به وجود می آورد. هر ساله واحدهای عملیاتی بیشتری وادار به انجام یک سری برنامه هایی جهت برسی حفظ کیفیت آمین می شوند. این برنامه ها عبارتند از :

برسی آلودگی های آمین توسط آنالیز آزمایشگاهی منظم

کاهش اتلاف آمین توسط بررسی عامل اتلاف

جدا سازی متناوب آلودگی ها برای رساندن کیفیت آمین در حد استاندارد های صنایع نفت و گاز

انجام این سه مورد به طور منظم، فرآوری مطلوب گاز و رساندن کیفیت آمین به یک حد مناسب را تضمین می کند، تا اینکه خوردگی و هزینه ها از حد مجاز تجاوز نکند. افزایش مقدار این آلودگی ها باعث تغییر خواص فیزیکی محلول آمین می شود، که این تغییر باعث کاهش قدرت حلالیت محلول آمین و افزایش خوردگی در سیستم می شود.

 

1-1- تاریخچه روشهای تصفیه گاز

 

قبل از پالایش گاز به روش‌های معمول، جهت حذف سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از جریان گاز طبیعی، از آهک که پس از استعمال دور ریخته می‌شد، استفاده می‌گردید. اولین بار در سال ۱۸۶۱ میلادیwurtz ، موفق شد که الکانل آمین‌ها را از طریق گرما دادن الکانل کلرو هیدرین و آمونیاک به دست آورد. همچنین در سال ۱۸۹۷ میلادیknorr  توانست اتانل آمین‌ها را از ترکیب آمونیاک و اکسید اتیلن تولید نماید. در سال ۱۹۱۰ روش اکسید آهن ابتدا در انگلستان و سپس در سایر نقاط جهان گسترش پیدا کرد و پس از آن در سال ۱۹۲۰ روش کربنات پتاسیم به وسیله کمپانیkopper  معرفی شد. در واقع این اولین روش تجارتی بود که گازهای اسیدی به وسیله مایع شستشو داده می‌شدند. روش استفاده از آمین در سال ۱۹۳۰ به ثبت رسید و در سال ۱۹۳۹ روش استفاده از مخلوط آمین و گلیکول پیشنهاد شد که پالایش و خشک نمودن گاز را هم زمان انجام می‌داد. روش‌های استفاده از حلال‌های فیزیکی، سولفینول، در سال ۱۹۶۵ به وجود آمد و روش فلور و استفاده از غربال‌های مولکولی به تدریج جایگزین روش‌های قدیمی گردید[۲،۱]. فرآیندهایی که جهت تصفیه گاز به کار می‌روند با توجه به شرایط متفاوت، بسیار متنوع هستند. مهم‌ترین این فرآیندها که در حال حاضر در پالایشگاه‌های دنیا مورد استفاده می‌باشند[۱]، عبارتند از:

فرآیند جذب در مایع

الف- فرآیند جذب فیزیکی

ب- فرآیند جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌پذیر

ج-  فرآیند جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌ناپذیر

د- فرآیند جذب شیمی-فیزیکی

فرآیند جذب روی جامد

فرآیند نفوذ غشایی

انتخاب هر یک از این روش‌ها برای پالایش گاز، مربوط به سلیقه شخصی نیست، بلکه به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد که عبارتند از:

فشار عملیات

درجه حرارت گاز مورد پالایش

نقطه جوش ماده پالایش‌کننده

گرمای حاصل از فعل و انفعالات در داخل برج جذب‌کننده

غلظت ماده مصرفی

مقایسه قیمت مواد مورد نیاز

سرویس‌های قابل دسترس مورد نیاز

میزان خلوص مورد نیاز گاز تصفیه شده

میزان و نوع ناخالصی‌های موجود در جریان گازهای ورودی به پالایشگاه‌ها

 

1-2- فرآیند های جذب در مایع(absorption)

 

به طور کلی جذب عبارت است از، انتقال یک ترکیب از فاز گاز به فاز مایع، که در آن قابل حل باشد. فرآیند جذب که به عنوان فرآیندی برای خالص‌سازی گاز به کار می‌رود، بر مبنای ماهیت فعل و انفعال بین ماده جذب‌شونده و جاذب به فرآیندهای زیر تقسیم می‌گردد:

جذب شیمیایی با واکنش برگشت پذیر

جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌ناپذیر

جذب فیزیکی

جذب شیمی- فیزیکی

۱-۲-۱- فرآیند جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌پذیر

 

این نوع از فرآیند جذب عبارت است از، یک واکنش شیمیایی برگشت‌پذیر بین ترکیب‌هایی از فاز گاز که به عنوان ماده جذب‌شونده عمل می‌کند و یک ترکیب از فاز مایع که یک محصول برگشت‌پذیر با باندهای ضعیف ایجاد می‌کنند. محصول دارای فشار بخار محدودی بوده که با افزایش دما افزایش می‌یابد و این افزایش دما باعث می‌شود که ترکیبات جذب شده طی یک واکنش برگشت‌پذیر از جاذب دفع شوند. تجزیه و تحلیل این نوع فرآیندها به دو دلیل نسبت به فرآیندهای جذب فیزیکی مشکل می‌باشد.

غیر خطی بودن منحنی تعادل

تأثیر سرعت واکنش بر ضریب جذب

 

۱-۲-۱-۱- محلول نمک قلیایی جهت جدا سازی گازهای اسیدی

 

خصوصیتی که یک محلول جاذب جهت جذب گازهای اسیدی باید داشته باشد این است که محصول حاصل از واکنش آن با گازهای اسیدی باید به راحتی و سریعاَ تفکیک گردد. با توجه به این خصوصیت استفاده از نمک‌های قوی قلیایی که از ترکیب یک قلیای قوی با یک اسید ضعیف حاصل گردیده است، جهت جداسازی ناخالصی گازها از قبیل: H2S، CO2، CO2، COS، طی فرایندهای مختلف استفاده می‌شود (به خصوص جدا سازی CO2) [1].

مهم‌ترین فرآیندهایی که از این محلول جهت جداسازی ناخالصی‌ها استفاده می‌کنندعبارتند از[۱]:

۱ – فرآیند کربنات‌ها:

الف ) فرآیند کربنات پتاسیم داغ

ب ) فرآیند کاتا کارب

ج ) فرآیند بنفیلد

د ) فرآیند گیا مارکو – وترکک

هـ) فرآیند سیبرد

و) فرآیند کربنات در خلاء

۲ – فرآیند تری پتاسیم فسفات

۳ – فرآیند فنلات سدیم

۴ – فرآیند آلکازید

نمک‌هایی که برای این فرآیندها پیشنهاد می‌شوند شامل سدیم، پتاسیم، کربنات، فسفات، بورات، آرسنیت و فنلات می‌باشند.

مکانیزم جذب گازهای اسیدی توسط محلول های نمک قلیایی مطابق واکنش های زیر می باشد.

هنگامی که H2S جذب محلول‌های نمک قلیایی می‌شود، واکنش (۱-۱) رخ می‌دهد.

 

این واکنش به شدت سریع است و می‌تواند به طور لحظه‌ای به عنوان پدیده نفوذ فرض شود. اگرچه جذب H2S در محلول آبی نمک قلیایی سریع‌تر از جذب CO2 می‌باشد. اما وقتی که هر دو گاز H2S و CO2 در جریان گاز حضور دارند، انتخاب‌پذیری جزئی صورت می‌پذیرد و از آنجایی که CO2 نسبت به H2S اسید قوی‌تری است در نتیجه سریع‌تر از H2S جذب محلول نمک قلیایی می‌شود. واکنش شیمیایی جذب CO2 توسط محلول نمک قلیایی طی دو مکانیزم، به صورت موازی صورت می‌پذیرد.

تشکیل HCO3 به وسیله واکنش CO2 با یون هیدروکسیل.

واکنش CO2 با آب که منجر به تجزیه اسید کربنیک می‌شود.

 

دامنه مناسب عملیات اقتصادی،PH<8  می‌باشد که شامل واکنش مستقیم CO2 به فرم HCO3  می‌باشد (Astarita .etal . 1981).

سرعت واکنش CO2 می‌تواند با افزایش غلظت CO2، افزایش غلظت یون هیدروکسیل و یا افزایش دما، افزایش یابد.

طبق گفته (۱۹۶۷) Astarita، سرعت واکنش CO2 در دمای اتاق کند است، حتی اگر دما را تا دمای بالای c ۳۷۸  بالا ببریم، هنوز سرعت جذب آن قدر سریع نیست، به همین منظور به علت پایین بودن نسبی سرعت جذب CO2 در محلول کربنات، به محلول جاذب، ماده دیگری اضافه می کنند. مواد زیادی جهت افزایش سرعت واکنش CO2 در محلول کربنات ارائه شده اند، که این مواد به ترویج کننده ها ، فعال سازها ، کاتالیزور ها معروف هستند.

Ferrel . etal  در سال ۱۹۸۷ برای افزایش سرعت جذب CO2 مواردی را ارائه کردند که عبارتند از:

 

– فرمالیدها (formaldehyde )

– متانول (methanol )

– فنل (phenol )

– اتانل آمین ها (ethanolamine )

– اسید آرسنیوس ( arsenious acid )

– گلایسین (glaycine)

 

1-2-1-1-1- فرآیندهای کربنات ها  

۱-۲-۱-۱-۱-۱- فرآیند کربنات پتاسیم داغ (Hot Potassium carbonat )

 

کاربرد کربنات پتاسیم برای جداسازی CO2 از جریان گاز سال هاست که شناخته شده است. در سال ۱۹۰۴،German patent  فرآیندی را برای جذب CO2 توسط یک محلول داغ کربنات پتاسیم و سپس احیاء محلول توسط کاهش فشار بدون اضافه کردن دما ارائه کرد. فرآیند کربنات پتاسیم داغ احتیاج به فشار جزئی نسبتاَ بالایی از CO2 دارد . فشارهای بالای گاز طبیعی در خطوط انتقال، موجب افزایش فشار جزئی گاز اسیدی می شود[۱].

در سال ۱۹۴۲ ، Mathews  و Williams  ، دبی جذب CO2 را در محلول کربنات پتاسیم مورد مطالعه قرار دادند و متوجه شدند که با افزایش دمای جذب c 25  به c ۷۵ سرعت جذب CO2 هم افزایش می یابد.

German patent پیشنهاد داد، استفاده از کربنات پتاسیم به عنوان یک جاذب در فرآیند نزدیک دمای جوشش در فشار یک اتمسفر و احیاء به وسیله فلشینگ و یا احیاء با بخار صورت پذ یرد. در این فرآیند برخلاف فرآیندهای دیگر که نیاز است تا محلول برای ورود به برج احیاء تا دمای بالای برج احیاء گرم شود، و به همین منظور بین برج جذب و دفع از مبدلهای حرارتی استفاده می شود، به علت بالا بودن دمای جاذب، نیازی به این تجهیزات وجود ندارد.

 

واکنش دی اکسید کربن به ازای هر مول کربنات پتاسیم، دو مول بی کربنات پتاسیم می دهد. در صورتی که واکنش سولفید هیدروژن به ازای هر مول کربنات پتاسیم یک مول بی سولفید پتاسیم و یک مول بی کربنات پتاسیم می دهد. به همین دلیل در اکثر واحدهای عملیاتی شیرین سازی گاز، غلظت محلول به جای اینکه به وسیله حلالیت کربنات پتاسیم کنترل گردد، به وسیله حلالیت بی کربنات پتاسیم کنترل می شود[۲].

از آنجایی که این روش جهت شیرین سازی گازهایی که هم CO2 و هم  H2Sبه طور هم زمان دارند، به کار می رود، اگر گاز فاقد CO2  باشد، بازیابی بی سولفید پتاسیم خیلی مشکل خواهد شد. بنابراین برای سیستم هایی که فاقد CO2 هستند این روش مفید نمی باشد .

روش کربنات پتاسیم فوایدی دارد که یکی از آنها حذفCOS  و CO2 بدون تجزیه محلول می باشد. بطور مثال، سولفید کربنیل به صورت زیر هیدرولیز می شود.

 

محصولات این واکنش در واکنش های (۱-۶) و (۱-۷) به کار خواهند رفت.

در محلول کربنات گرم، دی سولفید کربن (CS2) به COS و H2S هیدرولیز می شود. کهCOS  حاصل طبق واکنش (۱-۸) هیدرولیز و مورد استفاده واقع می شود.

همانطور که در شکل (۱-۱) نشان داده شده است  ، گاز ترش از میان جدا کننده عبور کرده و سپس وارد یک مبدل حرارتی گاز به گاز می شود. گاز ترش که گرم شد از پایین وارد برج جذب شده به طرف بالا جریان می یابد. کربنات پتاسیم گرم از بالا وارد و به طور متقابل در تماس با هم واقع می شوند. دمای برج جذب معمولاَ در حدود   F۲۳۰   می باشد. گاز شیرین شده از بالای برج جذب خارج و از مبدل حرارتی گاز به گاز عبور می کند. در عملیات سرد کردن، گاز شیرین شده مقداری آب فشرده دارد، به همین منظور باید از جدا کننده عبور کند. به دلیل دما و محتوای آب گاز شیرین شده، عملیات آب زدایی لازم است. محلول کربنات کثیف از انتهای برج جذب خارج و به طرف برج دفع که در فشار psig 10-2 کار می کند، می رود. تغییر ناگهانی فشار، مقادیر زیادی از گازهای اسیدی را آزاد می کند و محلول رقیق شده و عاری از گازهای اسیدی به طرف برج جذب بر می گردد. گازهای اسیدی از بالای برج همراه با مقادیری آب خارج می شوند و در یک میعان کننده آب از بخارات گازی جدا و از ته برج خارج می شود[۲].

 

1-2-1-1-1-2- فرآیند کاتا کارب (Catacarb  process)  

 

فرایند کاتاکارب در سال ۱۹۶۲ توسط Eickmeyer  پیشنهاد داده شد. این فرایند بهبود شده فرآیند کربنات پتاسیم داغ می باشد. در اصل Eickmeyer  روشی را در عملیات کربنات پتاسیم داغ پیشنهاد داد که باعث افزایش فعالیت محلول کربنات پتاسیم داغ می شود. برای بیشتر فرآیندهای کاتاکارب از بورات پتاسیم آمینی برای افزایش فعالیت محلول کربنات پتاسیم داغ استفاده می شود. این محلول ها حاوی مواد افزودنی نیز هستند که باعث تسریع عمل جذب و دفع گازهای اسیدی می شوند (بخصوص برای CO2 ). مواد افزودنی شامل فعال سازها و ممانعت کننده های خوردگی می باشند. فعال سازها و ممانعت کننده های خورد گی که به محلول بورات پتاسیم، جهت خالص سازی گاز طبیعی در این فرآیند اضافه می شوند به ترتیب دی اتانول آمین (DEA ) و وانادیوم می باشند[۱].

از آنجایی که محلول کربنات پتاسیم به مقدار زیاد یونیزه نمی شود، در نتیجه یونهای هیدروکسیل کمی جهت واکنش با CO2 دارد، بنابراین فرض می شود که ابتدا CO2 با آب جهت تولید اسید کربنیک واکنش دهد، سپس اسید کربنیک با یون های کربنات جهت تشکیل دو یون بی کربنات واکنش می دهد. این واکنش های پشت سر هم به این مطابق واکنش های زیر می باشند.

 

در شکل (۱-۲) شماتیکی از روش کاتاکارب نشان داده شده است[۱].

روش دیگری که باعث افزایش بازدهی فرآیند کربنات گرم می شود، روش بنفیلد است. در این روش عامل فعال سازی دی اتانول آمین ( DEA ) می باشد. Ruziska  بیان می کند که فرایند کربنات پتاسیم با کاتالیست آمین در دو مرحله صورت می پذیرد. در مرحله ی اول واکنش CO2 با آمین و واکنش بعدی با KOH می باشد.  Shrier و همکارانش گزارش دادند که مقدار کمی آمین می تواند اثر قابل توجهی در نرخ  واکنش دی اکسید کربنات پتاسیم داشته باشد. شرایط عملیات این روش مشابه شرایط عملیات کاتاکارب می باشد[۳،۱]

 

1-2-1-1-1-3-  فرآیند کربنات گرم آمین

 

Thrikell یک ترکیب جالب دی اتانول آمین (DEA ) و کربنات گرم را برای گازهایی که درصد بالایی CO2 و یاH2S  دارند ارائه داد. شماتیک این عملیات در شکل (۱-۳) آمده است. گاز ترش وارد برج جذب شده و ابتدا با کربنات پتاسیم فعال شده در تماس قرار می گیرد و سپس در قسمت بالا با محلول  DEAجهت حذف کامل گازهای اسیدی در تماس واقع می شود. میزان محلول در گردش و گرمای مورد نیاز بطور اساسی به فشار جزئی دی اکسید کربن در گاز ورودی بستگی دارد[۳،۲].

 

1-2-1-1-1-4- فرآیند فلکسرب (Flexsorb Hp Process  )

 

این فرایند توسط Exxon Research and Eng. Company پیشنهاد داده شد. در سال ۱۹۹۲ چهار واحد اقتصادی از این فرایند استفاده کردند. در این فرایند از محلول کربنات پتاسیم گرم فعال سازی شده استفاده می شود. کلیات این فرایند شبیه به فرایندهای کربنات پتاسیم گرم و کاتاکارب می باشد با این تفاوت که در این فرایند از محلولhindered amine  به عنوان فعال ساز استفاده می شود. Hindered amine یک گروه آلکیل بزرگ دارد که به گروه آمینو متصل می باشد که به نوعی یک نوع آمین نوع اول محسوب می شود. ۲-آمینو-۲-متیل-۱-پروپانول ( AMP ) و ۱و۸-منتان دی آمین ( MDA ) دو نمونه از hindered amine ها هستند. استفاده از این فعال سازها در محلول کربنات پتاسیم گرم باعث می شود که سرعت انتقال جرم و ظرفیت خالص سازی گاز نسبت به زمانیکه از آمین های معمولی ( مانند دی اتانول آمین ) استفاده می شود، افزایش یابد. شکل شماره (۱-۴) تعادل بخار- مایع CO2 را زمانیکه از محلول کربنات پتاسیم، بدون فعال ساز و همراه با فعال ساز (آمینهای معمولی مانند DEA و hindered amine  ) مقایسه می کند[۱].

 

1-2-1-1-1-5- فرآیند گیامارکو وتروکک (Giammarco –Vetrocoke)

 

این فرایند توسط Giammarco – Vetrocoke   در ایتالیا در سال ۱۹۵۰ ارائه شد. در این فرایند از محلول های معدنی و آلی به عنوان فعال ساز برای افزایش میزان جذب CO2 در محلول های کربنات قلیایی استفاده می شود. در این فرایند یا از مقادیر خیلی کمی از مواد آلی و یا مقادیر زیادی مواد معدنی به عنوان فعال کننده در فرآیند کربنات پتاسیم گرم استفاده می کنند. افزودنی های معدنی به نظر می رسد بسیار مؤثرتر هستند. افزودنی های معدنی شامل تری اکسید آرسنیک، اسید سلنوس و اسید تلوروس می باشند. اکثر واحدهایی که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه هستند از کربنات پتاسیم داغ با فعال کننده تری اکسید آرسنیک استفاده می کنند و همچنین افزودنی آلی گلایسین می باشد. زمانیکه ازافزودنی معدنی استفاده می شود واکنش این فرایند را می توان بصورت زیر بیان کرد[۱].

 

در چرخه دفع CO2 به روش G-V، فعال کننده در محلول به دو روش عمل می کند، نخست به عنوان کاتالیزور، چنانچه در شکل (۱-۵) نشان داده شده ، سرعت جذب CO2 را افزایش می دهد، همچنین جدا سازی را بهبود می بخشد، به طوری که  می توان از هوا با دمای متوسط به جای بخار در دمای بالا جهت بازیابی استفاده کرد. ثانیاً کاتالیزور باعث افزایش جذب CO2 توسط محلول کربنات پتاسیم می گردد. شکل (۱-۶) نمونه ای از نمودار جریان یک واحد جداسازی دی اکسید کربن با استفاده از بازیابی توسط بخار را نشان داده است. گاز ترش وارد پایین جذب کننده می شود و به سمت بالا در خلاف جهت با محلول کربنات رقیق که وارد بالاترین سینی جذب کننده می شود جریان می یابد. گاز شیرین از بالای جذب کننده برج را ترک کرده و محلول غنی از پایین برج جذب کننده وارد یک محفظه ی فشار گیری می شود. کاهش فشار در محفظه ی فشار گیری باعث تبخیر آنی مقدار زیادی CO2 از محلول کربنات می شود. محلول نیمه احیا شده از پایین محفظه ی فشار گیری وارد یک مبدل حرارتی می شود. محلول از مبدل حرارتی به بالای برج احیا کننده جریان می یابد و در آنجا به علت افزایش دما و کاهش فشار، دی اکسید کربن بیشتری از محلول جدا می شود. همچنان که محلول در برج احیاء به سمت پایین جریان می یابد و در خلاف جهت با بخار تولید شده در جوش آور مجدد به طرف پایین جریان می یابد، باقیمانده ی دی اکسیدکربن از یک محلول جدا می شود. دی اکسید کربن از یک ذخیره کننده که در آن، آب میعان شده جدا شده و به برج احیاء به عنوان جریان برگشتی پمپ می شود، خارج می شود. بخار به صورت تماس غیر مستقیم، حرارت را برای جوش آورنده تامین می کند. محلول تصفیه شده ی از قسمت پایین برج احیاء خارج و از طریق مبدل گرمایی محلول غنی-رقیق به یک کولر و سپس به بالای برج جذب پمپ می شود. فرآیند جداسازی CO2 به وش G-V با استفاده از احیاء کننده ی هوا چنانچه در شکل (۱-۷) نشان داده شده است کاملاً شبیه به عملیات احیاء توسط بخار می باشد. اما مبدل گرمایی کربنات رقیق- کربنات غنی وجود ندارد، زیرا گرمای محلول در برج تفکیک بوسیله ی هوای تفکیک کننده گرفته می شود برای پیش گرم کردن محلول غنی که وارد محفظه ی فشار گیر می شود، از یک مبدل حرارتی بخار استفاده می شود. عمل دفع از طریق تماس جریان مخالفی از محلول کربنات با یک جریان غیر همسو از هوای پیش گرم شده، اما اشباع از آب که به پایین برج احیاء وارد می شود، صورت می گیرد. جریان آب خروجی از دستگاه کندانسور جهت گرم کردن و از پیش اشباع کردن هوای ورودی به پایین برج دفع استفاده می شود. مخلوط دی اکسید کربن و هوای سرد شده به خارج تخلیه می شود. محلول احیاء شده خروجی از پایین برج تفکیک به بالاترین سینی برج جذب باز گردانده می شود[۳،۱].

 

1-2-1-1-1-6- فرآیند سیبورد (Seaboard Process  )

 

عملیات سیبورد بر اساس جذب سولفید هیدوژن به وسیله ی یک محلول کربنات سدیم رقیق و بازیابی آن بوسیله ی هوا صورت می گیرد. این عملیات اولین بار بوسیله ی کمیابیKoppers  در سال ۱۹۲۰ ارائه گردید. مهمترین مزیت این روش اقتصادی بودن و سادگی بسیار زیاد آن می باشد. این روش می تواند سولفید هیدرژن را به میزان ۸۵-۹۵ در صد حذف نماید. یک نمونه عملیاتی روش سیبورد در شکل (۱-۸) ارائه شده است. محلول در حال جریان معمولاً ۳-۵/۳ در‌صد کربنات سدیم دارد[۲]. محلول کربنات سدیم تمیز از بالای برج جذب وارد و در تماس متقابل با گازهای اسیدی واقع می گردد و پس از جذب گازهای اسیدی، محلول کربنات کثیف در تماس متقابل با هوا، واقع شده و گازهای اسیدی حاصل را از دست می دهد. میزان هوای مورد نیاز برای بازیابی محلول معمولاً ۵/۱-۳ برابر میزان گاز ورودی می باشد . البته این مسئله به میزان خلوص گاز خروجی مورد نیاز بستگی دارد. بنابراین هوای خروجی از برج دفع محتوی غلظتی از گازهای H2S  می باشد که دارای توان نصف غلظت گاز ورودی است. هوا یک گاز احیاء کننده ی مناسب است اما سرعت اکسیداسیون را در سیستم بالا می برد. تقریباً ۵ در صد از H2S جذب شده به صورت تیو سولفات اکسیده می شود[۳]. تیو سولفات سدیم با روش ساده تفکیک  قابل احیاء نیست بنابراین ساختار این آلوده کننده باعث افت فعالیت محلول می شود. به طور کلی این روش اگرچه از لحاظ سادگی و اقتصادی بودن مقرون به صرفه است ولی به لحاظ آلوده کردن محیط از طریق آزاد شدن گازهای اسیدی در هوا مورد توجه نمی باشد[۱].

 

1-2-1-1-1-7- فرآیند کربنات تحت خلاء ( Vacuum Carbonate process )

 

این فرایند که توسط کمپانیKoppers  ارائه گردیده است، از تقطیر خلاء برای بازیابی محلول قلیایی کربنات که جهت جذب H2S و CO2 به کار رفته است، استفاده می شود. استفاده از تقطیر تحت خلاء باعث کاهش میزان بخار مورد نیاز تا حدود ۱۵/۰ مقداری که جهت دفع H2S و CO2 در یک برج عریان سازی تحت فشار اتمسفر مصرف می گردد، می شود. مزیت این روش نسبت به روش سیبورد، بازیافت بهتر H2S می باشد. جریان فرایند کربنات در خلا در شکل (۱-۹) نشان داده شده است. قسمت جذب مانند فرایندهای کربنات پتاسیم یا سیبورد می باشد. گازی که حاوی ناخالصی هاست، در ابتدا به طور متقابل در یک برج جذب در تماس با کربنات سدیم قرار می گیرد. ( سیستم برج جذب از نوع آکنده می باشد). محلول پس از جذب گازهای اسیدی از انتهای برج خارج و وارد برج دفع می گردد به طوریکه در اینجا عمل بازیابی از طریق تقطیر تحت خلاء انجام می گیرد. محلول بازیابی شده از انتهای برج دفع به طرف یک سرد کننده ی محلول، پمپ می گردد و پس از سرد شدن وارد برج جذب می شود. گازهایی که از بالای برج دفع خارج می گردند، شامل H2S ، CO2 و بخار آب می باشند که ابتدا از یک سرد کننده عبور کرده و سپس وارد یک میعان کننده می گردند. در این قسمت گازهای اسیدی آزاد توسط یک پمپ تحت خلاء به خارج هدایت می شوند و بخارات آب و مقداری از محلول به سیستم باز می گردند. در این فرایند گرمای لازم جهت فعال سازی از طریق بخار در فشار پایین در قسمت جوش آور که در انتهای برج دفع قرار دارد، تامین می شود. از لحاظ شیمیایی، واکنش هایی که در فرایند کربنات تحت خلاء انجام می گیرند مانند واکنش های فرآیند سیبورد می باشد[۱].

 

1-2-1-1-2 فرآیند الکازاید ( Alkacid Process )

 

120,000 ریال – خرید

تمام مقالات و پایان نامه و پروژه ها به صورت فایل دنلودی می باشند و شما به محض پرداخت آنلاین مبلغ همان لحظه قادر به دریافت فایل خواهید بود. این عملیات کاملاً خودکار بوده و توسط سیستم انجام می پذیرد.

 جهت پرداخت مبلغ شما به درگاه پرداخت یکی از بانک ها منتقل خواهید شد، برای پرداخت آنلاین از درگاه بانک این بانک ها، حتماً نیاز نیست که شما شماره کارت همان بانک را داشته باشید و بلکه شما میتوانید از طریق همه کارت های عضو شبکه بانکی، مبلغ  را پرداخت نمایید. 

 

 

مطالب پیشنهادی: برای ثبت نظر خود کلیک کنید ...

براي قرار دادن بنر خود در اين مکان کليک کنيد
به راهنمایی نیاز دارید؟ کلیک کنید


جستجو پیشرفته مقالات و پروژه

سبد خرید

  • سبد خریدتان خالی است.

دسته ها

آخرین بروز رسانی

    جمعه, ۳۰ تیر , ۱۳۹۶

اولین پایگاه اینترنتی اشتراک و فروش فایلهای دیجیتال ایران
wpdesign Group طراحی و پشتیبانی سایت توسط دیجیتال ایران digitaliran.ir صورت گرفته است
تمامی حقوق برایdjkalaa.irمحفوظ می باشد.