بررسی فرآیند های شیرین سازی گاز طبیعی

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
تهیه شده توسط: مجید شهبازی پاک

مقدمه:
علاوه بر جدا کردن آب ، نفت و NGL یکی از مهمترین بخش های فرآوری گاز جدا کردن دی اکسیدکربن و گوگرد می باشد. گازهایی که از منابع نفتی حاصل می شوند، عمدتا حاوی مقادیر متفاوتی سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن هستند. این گاز طبیعی به دلیل بوی بد حاصل از محتویات گوگردی آن«گاز ترش»نامیده می شود.
گاز ترش به علت محتویات گوگردی آن که می تواند برای تنفس بسیار خطرناک و سمی باشد گاز نامطلوبی بوده و به شدت باعث خوردگی می شود. علاوه بر این گوگرد موجود در گاز ترش می تواند استخراج شود و به عنوان محصول جانبی به فروش برسد.

مباحثی که مطرح خواهد شد:

  • کلیات پالایشگاه و کلیات شیرین سازی
  • فرایندهای آلکانول آمینها
  • شیرین سازی به کمک بسترهای جامد
  • روشهای جذب فیزیکی
  • فرایندهای کربنات داغ

نمای عمومی پالایشگاه گاز:

Slide5.jpg

انواع روشهای تصفیه گاز:

جذب در فاز جامد

  1. جذب فیزیکی (غربالهای مولکولی)
  2. جذب شیمیایی (اکسید آهن)
جذب در فاز مایع
  1. جذب فیزیکی (fluor,Purisol, sulfinol)
  2. جذب شیمیایی (آمین ها,فرایندهای کربنات )


عوامل موثر در انتخاب فرایند شیرین سازی:

  • نوع ناخالصی که باید از گاز جدا گردد
  • میزان غلظت ناخالصی و حد نشانه خلوص گاز
  • جذب انتخابی گازهای اسیدی
  • میزان گاز ترش و شرایط دما و فشار گاز
  • عملی بودن و مطلوب بودن واحد بازیافت گوگرد
  • اقتصادی بودن فرایند


آلکانول آمین ها:

آلکانول آمین ها مواد آلی نیتروزن داری هستند که از ترکیب مواد آلی مخصوص (معمولا الکل) با آمونیاک بدست می آیند در واکنش اصلی یکی از هیدروژنهای آمونیاک با رادیکال ماده شیمیایی آلی تعویض می گردد.
هر مولکول از آمین ها حداقل یک گروه هیدروکسی (OH) و یک گروه آمینو (NH2,NH) دارند.گروه هیدروکسی با بالابردن وزن مولکولی که موجب کاهش فشار بخار و افزایش حلالیت آمین در آب می گردد و آمینو قدرت بازی کافی در محلول آمین ها در آب به منظور جذب گازهای اسیدی را بوجود می آورد.در سال ۱۹۳۰، TEA اولین آمینی بود که در شیرین سازی گاز ترش استفاده شد و در سال ۱۹۷۵، Perry و همکارانش DEA (دی اتانول آمین) را در شیرین سازی استفاده کردند و نتایج مطلوبی بدست آوردند.

Slide9.jpg
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
شرح کلی فرایند آمین:

Slide10.jpg

مشکلات عملیاتی واحدهای آمین:

  • خوردگی ( درجه حرارت-فشار-بار اسیدی محلول-سرعت جریان)
  • پدیده کف کنندگی
  • اتلاف مواد شیمیایی (ماندگی-تبخیر-کاهش عیار آمین)
  • حلالیت گازهای غیراسیدی
  • واکنشهای غیر قابل احیاء
  • ناخالصیهای بصورت ذرات جامد


روشهای پیشگیری از خوردگی:

  • پایین نگه داشتن دما تا حد ممکن
  • کاهش فشار در برج احیاء
  • دور نگهداشتن اکسیژن
  • فیلتراسیون مداوم و جداسازی ذرات معلق
  • تزریق کاستیک به محلول آمین گردشی
  • رعایت حداکثر بازه بار گازهای اسیدی در محلول آمین غنی و فعال
  • اضافه نمودن مواد بازدارنده
  • سرعت محلول آمین در آهن ضد زنگ بیش از ft/s3 نباشد و در stainless steel بیش از ft/s8 نباشد.
  • شعاع زانوییها زیاد باشد.
  • کم بودن تغییرات در شعاع لوله ها (افزایش یا کاهش)
  • افت فشار کم در ورودی پمپ ها
  • NPSH مناسب برای پمپ ها

عوامل ایجاد کف:

  • ذرات معلق ریز جامد در آمین
  • وجود اسیدهای آلی در جریان گاز ترش ورودی
  • تزریق مواد بازدارنده خوردگی در چاههای گاز
  • هیدروکربورهای محلول در آمین
  • محصولات ناشی از فساد آمین نظیر تیوسولفاتها و اسیدهای فرار
  • گریسهای با پایه صابونی مورد استفاده در شیرهای پالایشگاه

(Sulfinol)

محلول سولفینیول مخلوطی از حلال فیزیکی تتراهیدروتیوفن دی اکسید و حلال شیمیایی دی ایزوپروپانول آمین می باشد. غلظت هر یک از موارد مذکور به شرح زیر است:
Sulfolane ۲۵-۴۰%
DIPA ۴۰-۵۵%
H2O ۲۰-۳۰%
(Sulfinol)

Slide16.jpg

مزایای و معایب فرایند سولفینول:
مزایا:

  • میزان حلال در گردش پایین است.
  • مصرف انرژی برای عملیات احیاءسازی محلول پایین است.
  • تقریبا تمامی مرکاپتانها را جدا می کند.
  • استخراج COS به میزان بالایی صورت می پذیرد.
  • تمایل کنترل برای کف کردن از خود نشان می دهد.
  • میزان خوردگی پایین تری دارد.

معایب:

  • قیمت حلال گران است.
  • حلال سولفینول رنگ را نیز در خود حل می کند. لذا نگهداری مناسب این حلال امری ضروری است.
 
  • Like
واکنش ها: .6.

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
شیرین سازی بوسیله بسترهای جامد:
  • استفاده از جامدات برای شیرین سازی گاز بر پایه جذب گازهای اسیدی بر روی سطح و یا واکنش اجزاء بر روی سطح میباشد.
  • استفاده از بستر جامد برای شیرین سازی گازی که دارای سولفید هیدروژن ومرکاپتانهای پایین و متوسط باشند بهترین فرایند است.
  • این فرایندها قابلیت انتخابی داشته و در حالت معمولی مقدار زیادی دی اکسید کربن جذب نمی کنند.
Iron Oxide – Sponge
  • این فرایند در انگلیس در اوسط قرن ۱۹ ارائه شده و هنوز در کاربردهای مخصوصی بطور گسترده ای استفاده می شود.
  • در این فرایند گاز ترش در تماس با اکسید آهن قرار می گیرد که نتیجه آن تشکیل سولفید آهن است. وقتی اکسیژن (هوا) به سولفید آهن می رسد آنرا به اکسید آهن و سولفور تبدیل می کند.

Slide19.jpg
غربال مولکولی (Molecular Sieves)
این جاذب ها کریستالهای متخلخل آلومنیوسیلیکاتی هستند که ساختمان اسکلتی آنها از مجموعه ای از چهاروجهی های SiO4و ۴AlOتشکیل شده است که با ترتیب منظمی با شرکت اتم های اکسیژن به هم متصل شده اند. . اتصال این اجزاء به این نحو یک شبکه حفره ای را بوجود آورده است که اندازه این حفرات در حد ابعاد مولکولهاست. از آنجا که حفره ها با تشکیل شبکه منظم کریستالی بوجود می آید ابعاد حفره ها یکسان و یکنواخت است.
زئولیت ها را از چند نظر می توان تقسیم بندی کرد:
  • بر حسب نسبت وزنی Si/Al
  • از نظر قطر حفره ها
  • از نظر جهت گیری و ابعاد کانال ها.
استفاده از غربالهای مولکولی برای شیرین سازی:

Slide21.jpg
 
  • Like
واکنش ها: .6.

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
پارامترهای موثر در جذب:
  • دما
  • فشار
  • غلظت جذب‌شونده
  • اندازه ذرات
  • درجه فعالیت غربال مولکولی
  • آلاینده‌ها

احیاء در غربالهای مولکولی:

احیاء به چهار طریق صورت می‌گیرد

  1. روش حرارتی(با افزایش دمای بستر ظرفیت جذب به پایینترین مقدار رسیده و مواد جذب شده از سطح بستر جدا می شوند)
  2. روش فشار(کاهش فشار در دمای ثابت تا مقداری که باعث شود ظرفیت جذب کم شده و مواد جذب شده جدا شوند)
  3. روش حلالیت(از گاز عاری از مواد جذب شونده استفاده میشود و بدون تغییر فشار و دما آنرا از بستر عبور میدهند و مواد مورد نظر در آن حل شده و از بستر جدا می شوند)
  4. دفع جایگزینی(یک سیال را که دارای غلظت بالایی از یک ماده قابل جذب بوده از بستر اشباع شده عبور می دهند)

فرایند سرد کردن:

بستر بعد از اینکه احیاء شد بعلت اینکه دمای آن بالا رفته است می‌بایست به دمای عملیاتی برسد. برای سرد‌کردن در این فرایند از همان گاز شیرین‌شده استفاده می‌کنیم. مقدار گازی که در این قسمت استفاده می‌شود در بیشترین حالت مقدار ده درصد گاز شیرین‌شده است.

EFCO:
در این فرایند مقداری از گاز شیرین شده که عمل احیاء را انجام می دهد، سوزانده نمی شود بلکه دوباره به سیستم و خوراک ورودی برگردانده می شود.بدین ترتیب که گازی که عمل احیاء را انجام داده است وارد برج جذب شده و با استفاده از حلال آب تا ۹۰ % H2S را از گاز گرفته و پس از آن گاز به ورودی واحد زده می شود .

Lo-cat:
این فرایند H2S را از گاز گرفته و به گوگرد جامد تبدیل میکند.
این فرایند CO2، COS ،CS2 ومرکاپتانها را نمی تواند جدا کند.
در این روش از محلول رقیق آب که یونهای آهن در آن وجود دارند استفاده میشود.
از مزیتهای این فرایند تبدیل H2S به S است.
این روش ساده، ارزان و از نظر زیست محیطی مناسب میباشد.
دلیل عدم جایگزینی فرایند آمین با این فرایند استفاده زیاد این فرایند از محلول جاذب است.

شیمی فرایند Lo-cat:

Slide27.jpg
روشهای جذب فیزیکی:
  • استخراج گازهای اسیدی از درون گاز ترش بر پایه حلالیت گازها در داخل حلال صورت می گیرد.
  • در برخی از فرایندهای جذب فیزیکی ازمواد افزودنی به همراه حلال استفاده می شود.
  • فشار برج جذب در فرایندهای مورد نظر در حصول درجه شیرین سازی مطلوب، نقش بسزایی دارد.
  • دمای پایین نیز به اندازه و حساسیت فشار موثر است.
  • حلالهای فیزیکی تمایل زیادی برای جذب ترکیبات سنگین هیدروکربنی از خود نشان می دهند.
  • میزان انرژی مصرفی مورد نیاز احیاء سازی حلالهای فیزیکی به مراتب کمتر از حلالهای شیمیایی است.
  • عملیات احیاء سازی حلال از طریق کاهش ناگهانی فشار و تبخیر و یا عریان سازی آنها با بخار حلال یا گاز خنثی صورت می پذیرد. برخی از حلالها تنها از طریق کاهش فشار و تبخیر احیاء شده و نیازی به گرم کردن آنها نمی باشد.
  • عملیات شیرین سازی گازها بوسیله حلال فیزیکی معمولا تحت شرایط زیر انجام می شود:
  • فشار جزیی گازهای اسیدی درخوراک ورودی واحد در حدود psig 50 یا بالاتر باشد.
  • غلظت ترکیبات سنگین هیدروکربنی خوراک ورودی پایین باشد.

ویژگیهای حلال مورد استفاده:

  • فشار بخار کم در دمای عملیاتی
  • قابلیت حل اولیه جریان گاز و متان و هیدروکربنهای سنگینتر اندک باشد.
  • حلال باید ویسکوزیته کمی داشته باشد.
  • قابلیت حل کم برای آب.
  • حلال نباید با هر ترکیبی در جریان گاز واکنش شیمیایی دهد.
  • حلال نباید خورنده باشد.
  • حلال باید با هزینه مناسب به آسانی در دسترس باشد.

Water Absorption:

برای حالتی که گاز ترش دارای گازهای اسیدی فراوانی باشد و نیز در فشارهای بالا می توان از آب استفاده کرد. زیرا آب محلولی ایده آل، غیرفرار، ناخورنده، پایدار، ناویسکوز، بدون کف زایی و بسیار ارزان است .
این واحد معمولا قبل از واحد تصفیه با آمین می باشد. یک واحد با فرایند جذب آب و به دنبال آن تصفیه با آمین %۱۵-۱۲ کمتر هزینه سرمایه گذاری لازم دارد و هزینه های عملیاتی آن تقریبا ۵۰% واحد آمین معادل به تنهایی خواهد بود.

Slide31.jpg
 
  • Like
واکنش ها: .6.

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
Fluor Solvent:
Slide32-269x300.jpg
فرایند فلور از حلال پروپیلن برای جداسازی CO2 و H2S استفاده می نماید. علاوه بر جذب گازهای اسیدی، کربنات پروپیلن، هیدروکربنهای سنگینتر از پروپان، COS ،CO و آب را از جریان گاز ترش جدا می کند لذا شیرین سازی و نم زدایی گاز طبیعی تا حد استاندارد خط لوله در یک واحد امکان پذیر می باشد.

ویژگیهای کربنات پروپیلن:
  • درجه حلالیت CO2 و دیگر گازها در آن بالاست.
  • فشار بخار آن در دماهای عملیات پایین است.
  • حلالیت هیدروکربنهای سبک در آن (C1,C2,…) در آن پایین است.
  • با ترکیبات موجود در گازهای طبیعی واکنش شیمیایی صورت نمی دهد.
  • گرانروی آن پایین است.
  • میزان هرزرفت حلال کمتر از یک پوند به ازاء هر میلیون فوت مکعب گاز (استاندارد) است.

سایر فرایندهای جذب فیزیکی:

  • فرایندSelexol (دی متیل اتر پلی اتیلن گلیکول)
  • فرایند Purisol ان متیل دو پیرولیدون یا NMP
  • فرایند Rectisol(متانول سرد شده)
  • فرایند Estasolvan (تریn-بوتیل فسفات یا TBP)

فرایند کربنات داغ:

  • فرایند کربنات پتاسیم نسبتا فشارهای جزئی بالای CO2 را لازم دارد.
  • شباهتهای بسیاری بین جریانهای فرایند برای فرایند کربنات داغ و آمین دارد.
  • سیستم کربنات پتاسیم داغ جذب در دمای بالا عمل میکند.
  • این فرایند می تواند برای شیرین سازی گازهای طبیعی محتوی CO2 و H2S استفاده شود. فرایند کربنات پتاسیم داغ برای شیرین سازی گازهایی که مقدار کم CO2 دارند و یا اصلا CO2 ندارند مناسب نیست.
  • فرایند کربنات مزیتی که دارد اینست که می تواند دی سولفیدکربن و سولفید کربنیل را جدا کند.
  • محلول با کاهش فشار و بدون استفاده از گرمای اضافی احیاء میشود.

شیمی فرایندهای کربنات داغ:


Slide36.jpg
 
  • Like
واکنش ها: .6.

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
فرایند های کربنات داغ:

Slide37.jpg
Split-Stream:
در این تغییر قسمتی از جریان احیاء شده از جریان اصلی جدا شده و به دمای °F 60-30 سرد شده تا فشار تعادلی پایین بیاید و باعث کاهش گازهای اسیدی در بشود و بعد از بالای برج جذب بعنوان خوراک وارد میشود. معمولا یک چهارم تا یک سوم از محلول احیاء شده برای خوراک بالای برج جذب سرد میشود.

Slide38.jpg
 
  • Like
واکنش ها: .6.

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
مدیر تالار
Two-Stage:
در اینجا یک محلول نیمه احیاء از نقطه میانی ستون احیاء جدا می شود و به یک نقطه میانی در برج جذب پمپ می شود.تا گازهای اسیدی در گاز شیرین کم شود. این تغییر معمولا فقط برای گازهای محتوی گازهای اسیدی خیلی بالا (%۴۰-۲۰) در نظر گرفته شده است.

Slide39.jpg
سایر فرایندهای کربنات:
  • فرایند Catacarb(میزان محلول کربنات پتاسیم بیشتر است)
  • فرایند DEA- Hot Carbonate
  • فرایند Vacuum Carbonate
  • فرایند Giammarco- Vetrocoke ( از یک کاتالیست استفاده میشود)
  • فرایند Benfiled (عامل فعال کننده دی اتانول آمین)
  • فرایند Seaboard (احیاء توسط هوا)

سایر فرایندهای شیرین سازی:

  • فرایند Tripotassium Phosphate برای دماهای بالا، تصفیه هیدروکربن های مایع، تصفیه و پالایش گاز سنتزی کاربرد دارد.

  • فرایند Sodium Phenolate محلول حاوی ۳گرم مول NaOHو حدود دو مول فنل می باشد.محلول دارای ظرفیت بالایی برای حذف H2S می باشد. در این روش حدود ۹۰% H2S موجود در گاز گرفته می شود.

  • فرایند Alkazid از سه محلول استفاده می شود که عبارتند از ترکیبی از نمک قوی و ضعیف پایه غیر آلی، آلی واسید غیر فرار. این فرایند برای حالت انتخابی بودن حذف H2S استفاده می شود.
 
  • Like
واکنش ها: .6.

فاطمه یاس

عضو جدید
کاربر ممتاز
فرآیندهای شیرین سازی گاز طبیعی

فرآیندهای شیرین سازی گاز طبیعی

فرآیندهای شیرین سازی گاز طبیعی
به طور کلی فرآیند های متداول برای شیرین سازی گاز طبیعی به چند دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:
۱. فرآیند ها شیرین سازی در بستر جامد : که شامل فرآیند های ذیل می باشد:
فرآیند آهن اسفنجی
فرآیند اکسید روی
فرآیند غشایی
۲. فرآیند های شیرین سازی گاز با استفاده از حلال های شیمیایی : که شامل فرآیند های ذیل می باشد:
فرآیند های آمینی
فرآیند های کربناتی
فرآیند ناپیوسته با کمک حلال های شیمیایی ویژه
۳. فرآیند های شیرین سازی از طریق جذب فیزیکی گاز های اسیدی : که شامل فرآیند های ذیل می باشد:
فرآیند فلور
فرآیند سولفینول
فرآیند سلکسول
فرآیند رکتیسول
۴. فرآیندهای شیرین سازی به روش تبدیل مستقیم: که شامل فرآیندهای ذیل می باشد:
فرآیند استرتفورد
فرآیند IFP
فرآیندهای سورفروکس
۵. فرآیند جداسازی CO2 به روش تقطیر: که شامل فرآیند ذیل می باشد:
فرآیند تقطیر
Ryan – Holmes ۶. فرآیندهای تصفیه گازهای اسیدی و تولید گوگرد: که شامل فرآیندهای ذیل می باشد:
فرآیند سولفرین
فرآیند جذب در بستر سرد
فرآیندهای CLAUS و SCOT
در این پست مطلبی تحت عنوان فرآیندهای شیرین سازی گاز طبیعی به صورت pdf جهت دانلود قرار داده شده است.
 

پیوست ها

  • desulfurization(www.chemical-eng.ir).pdf
    661.4 کیلوبایت · بازدیدها: 25

aminoo87

عضو جدید
سلام دوستان عزیز .
کسی میدونه میزان هدررفت آمین در فرایند شیرین سازی گاز رو چجوری میشه محاسبه کرد ؟
کلن درباره هدر روی آمین در فرایند شیرین سازی راهنمایی میخام .

مرسی .
 

AFSHIN.T

عضو جدید
کسی درباره( کاربرد ترمودینامیک در شیرین سازی گاز به وسیله آمین) ،مطلب داره لطفا آپلود کنه.
 

پیرجو

مدیر ارشد
مدیر کل سایت
مدیر ارشد
اصول نم زدايی درصنايع نفت و گاز

اصول نم زدايی درصنايع نفت و گاز

اصول نم زدايی درصنايع نفت و گاز
 

پیوست ها

  • نم_زدایی_در_صنایع_نفت_و_گاز.pdf
    4.6 مگایابت · بازدیدها: 1
بالا