شیرین سازی گاز

مقدمه (تاريخچه گاز)

گاز طبيعي سابقه تاريخي طولاني دارد . گاز طبيعي از لايه هاي سنگي درون زمين واز ميان سوراخها و منافذ درون اين سنگها به سطح زمين مي رسد . در زمانهاي قديم وقتي رعد و برق صورت مي گرفت ، گاهي صاعقه باعث مي شد كه يكي از اين كانالها يي كه گاز طبيعي از درون آن خارج مي شد ، آتش بگيرد و شعله اي پر قدرت به وجود آيد . مردمان قديم كه هنوز با موضوع گاز طبيعي و وجود مخازن زير زميني آن آشنايي كافي نداشتند ، از چنين شعله هاي آتش ، به نام ( آتشي از ذرون زمين ) ياد مي كردند پارناسوس در هزار سال قبل از تولد مسيح در يونان مشاهده شده بود . اينطور كه روايت شده است ، روزي يك شبان يوناني كه گله ي بز و گوسفند خود را براي چرانيدن به كوهستان پارناسوس برده بود ، ناگهان شعله‌ي آتشي مزبور ، از طرف خدايان آنان بر پاشده و به آن لقب ( بهار سوزان ) را دادند . به همين خاطر بر روي آتش بهار سوزان معبدي بر پا كردند كه اين معبد بعد ها به معبد ( دلفي پيشگو ) معروف شد .

اين نوع شعله ها در سرزمين هاي مختلف از جمله هند ، ايران و عراق نيز ديده مي شد ، ولي هيچ كس نمي توانست علت آن را توضيح دهد . تا اينكه 500 سال قبل از تولد مسيح يعني حدود 2500 سال پيش ، چيني ها به فكر استفاده از چنين آتشي افتادند و اولين خطوط لوله را ايجاد نمودند و از اين آتش براي به جوش آوردن آب دريا و جداسازي نمك استفاده مي كردند . چيني ها از لوله هايي كه از جنس ني خيزران بود براي انتقال گاز طبيعي وتهيه ي آب قابل آشاميدن از طريق جوشاندن آب دريا استفاده مي كردند . سپس انگليسي ها بودن كه براي اولين بار به استفاده ي تجاري از گاز طبيعي براي روشنايي خانه ها و خيابان ها اقدام نمودند . البته گاز طبيعي كه در انگلستان عرضه مي شد از ذغال سنگ بدست آمد و بعدها استفاده از همين نوع گاز در آمريكا رايج شد كه البته اين نوع گاز از گاز طبيعي كه از درون زمين حاصل مي گردد نامرغوبتر است و محيط زيست را بيشتر آلوده مي سازد . در سال 1626 م ، كاشفان فرانسوي كه در آمريكا كار مي كردند ، در اطراف درياچه ي اري به منابعي از گاز طبيعي كه در اطراف آن منتشر مي شد بر خورد كردند .

233 سال بعد اولين صنايع گاز طبيعي آمريكا در همين منطقه و توسط شخصي بنام ادوين دريك پايه گذاري شد . براي انجام اين پروژه ، ادوين دريك تا عمق 21 متري زير زمين را براي يافتن گاز طبيعي حفاري نمود و سر انجام به منابع آن دست يافت .

گاز طبيعي چيست ؟

گاز طبيعي گازي است بي بو ، بي رنگ و بي شكل كه قابل اشتعال بوده و اگر سوزانده شود ، مقدار قابل توجهي انرژي در اختيار ما مي گذارد ، و بر خلاف ساير مواد سوختني ، هوا را بسيار كمتر آلوده مي سازد . گاز طبيعي مي تواند حرارت و انرژي را به ميزان دلخواه در اختيار ما بگذارد و به همين دليل است كه امروزه به مقدار زياد در سراسر جهان مصرف مي شود . گاز طبيعي عمدتا از متان تشكيل شده است ولي مي تواند ، پروپان ، اتان ، بوتان و اكسيژن نيز همراه داشته باشد .

اهداف مورد نظر در اكتشافات گاز طبيعي

اگر سوال كنند كه چرا بايد در جستجوي گاز طبيعي باشيم و آن را اكتشاف و استخراج كنيم بايد گفت كه براي انجام اين كار دلايل متعددي وجود دارد كه مهمترين آن ها عبارتند از :

1- ما براي گرم كردن خانه ها ، مدارس ، موسسات و بيمارستانها به انرژي گرمايي نياز داريم و اين را مي توانيم با سوزاندن گاز طبيعي بدست آوريم .

2- خوشبختانه مخازن زير زميني عظيمي از گاز طبيعي در بسياري از نقاط جهان از جمله كشور عزيزمان ايران وجود دارد و بنابراين مي توان به راحتي به اين ماده سوختني پر ارزش دسترسي داشت .

3- استخراج گاز طبيعي ، تقريباً شبيه به استخراج نفت مي باشد ، و به همين دليل تجربيات انسان در زمينه ي استخراج نفت مي تواند او را در استخراج گاز نيز ياري دهد و همين امر او را به استخراج و توليد گاز طبيهي تشويق مي كند .

4- گاز طبيعي سالمترين و مطمئن ترين ماده ي سوختني موجود بر روي زمين است و از ساير سوختهاي فسيلي بسيار كمتر محيط زيست را آلوده مي كند .

5- از بعضي موادي كه پس از استخراج همراه با گاز طبيعي بدست مي آيند ، در صنايع شيميايي براي توليد موادي مانند نايلون و ساير مواد پتروشيمي استفاده
مي شود و اين چشم انداز بزرگتري را براي انسان بوجود مي آورد ، تا استفاده هاي بيشتري از گاز طبيعي به عمل آورد .

6- گاز طبيعي ارزانتر از نفت مي باشد .

7- نفت و ذغال سنگ وقتي مي سوزند ، دوده و مواد مضر ديگري بوجود مي آورند كه فضا را آلوده مي سازند . استفاده از گاز طبيعي است سمي نمي باشد .

سهم گاز در تمدن فعلي بشر

گاز و نفت از پر ارزش ترين منابع انرژي روي زمين هستند . اين انرژي در اصل ا خورشيد بدست مي آيد كه در داخل بدن گياهان و موجودات زنده اي ذخيره گرديده كه ميليونها سال پيش زير زمين دفن گرديده اند . تمدن فعلي كه بر روي كره ي زمين وجود دارد و بخصوص پيشرفتهاي جديد همگي بخاطر وجود سه ماده ي ارزنده ي گاز ، نفت و ذغال سنگ بوده است . براي مثال برقي كه خانه ما را روشن مي كند مي تواند از يكي از مواد فوق مثلاً ذغال سنگ حاصل گردد . دستگاه خوراك پزي كه امروزه در آشپزخانه ها وجود دارد ، با نيروي گاز كار مي كند ، و بنزين حاصل از نفت اتومبيل ها ، كشتي ها و هواپيماها را به حركت در مي آورد با توجه به آنكه امروزه از گاز طبيعي مايع به عنوان سوخت اتومبيل هانيز استفاده مي كنند ، روز به روز بر اهميت نقش گاز در زندگي ما افزوده مي گردد .

جايگاه گاز طبيعي در دنياي امروز و آينده

امروزه گاز طبيعي به خاطر پاكيزگي و تميز بودن آن و اينكه به ميزان بسيار كمتري محيط زيست را آلوده مي كند ، مورد توجه قرار گرفته ، به مقدار زياد استفاده مي شود .

با اين كار ، هم انرژي مورد نياز جهت تامين گرما و حرارت براي خانه ها و موسسات فراهم مي شود ، و هم از آلودگي هوا و محيط زيست به ميزان زياد كاسته مي گردد و در بسياري از موارد نيز جهت روشنايي به كار مي رود . مواد سوختي ديگر نيز مانند نفت و گازوئيل ، دوده و دي اكسيد سولفور توليد مي كنند كه اين دو ماده نيز هوا را آلوده نموده و براي سلامتي انسان بسيار خطرناك هستند . با استفاده از گاز طبيعي در آينده نيز مورد استفاده قرار گيرد . حتي دانشمندان به دنبال اين هستند كه از گاز متان كه ماده اصلي گاز طبيعي در آينده موارد استفاده بيشتري خواهد داشت . اين يكي از نكاتي است كه مي بايست مورد توه قرار گرفته و ما را از مصرف بي رويه آن بر حذر دارد .

مراحل تشكيل نفت و گاز طبيعي

1- در زير سطح دريا و يا درياچه ها ، پلانكتون ها وجود دارد كه موجودات و يا گياهان بسيار ريز آبي هستند و از انرژي نور خورشيد براي خود استفاده مي كنند .

2- پس از آنكه پلانكتون مي ميرد ، بر روي بستر دريا قرار گرفته و بدتش متلاشي مي شود و در ميان گل و لاي از بين مي رود و تنها قسمتي از اندام آن كه روغني و يا به صورت چربي است باقي مي ماند .

3- آنچه كه باقيمانده به صورت لكه هاي قهوه اي سياه در گل و لاي محكم شده ي بستر دريا در مي آيد ، د در نتيجه آن انرژي نور خورشيد كه درونشان قرار دارد در اعماق بسيار پايين تر محفوظ مي ماند .

4- جايي كه لايه گلي قرار دارد گرم مي شود ولكه هاي دفن شده با نفت سنگين به بيرون ي ريزند .

5- هر چه كه لايه گلي پايين تر مي رود گرم تر مي شود ، و در نتيجه نفت بيشتري توليد مي گردد ، و زمانيكه لايه گلي بقدر كافي داغ شد ، نفت سبك و روان پديد مي آيد.

6- با گرمتر شدن لايه نفت جاري شده سبكتر و باز هم سبكتر مي شود و سر انجام ، گاز طبيعي كه بيشتر گاز متان مي باشد توليد مي گردد .

در مورد توليد گاز طبيعي بيشتر بدانيم

نموداري كه در اين صفحه آورده شده است ، چگونگي تشكيل سوختهاي فسيلي از جمله گاز را نشان مي دهد . همانطور كه مشاهده مي شود ميليونها سال قبل ، بعضي از قسمتهاي زمين پوشيده از باتلاق و درختان سرخس و درختان ديگر بود . گياهان كوچك و حيواناتي كه در باتلاقها و درياها زندگي مي كردند پس از مدتي كه از بين مي رفتند ، لايه هاي گل و لاي آنها را مي پوشانيد

(1) . پس از آنكه ، زندگي اين گياهان و جانوران پايان مي يافت لاشه آنها بر روي بستر دريا سقوط مي كرد .

(2) و در اين زمان بود كه به دام مي افتادند و در لايه هاي گل قرار مي گرفتند كه بعدا به لايه هاي سنگي تبديل مي شدند

(3) درختان و سرخسها كه در زيردفن مي شدند به آهستگي و به تدريج به ذغال سنگ تبديل مي شدند ، و گياهان و جانوران نيز كه در لايه هاي گلي گير كرده بودند در اثر حرارت گرم شده ، نفت و گاز را به وجود مي آوردند . اكنون ما با حفر معادن ، ذغال سنگ و با حفر چاه ، گاز و نفت استخراج مي كنيم .

انواع گازهاي طبيعي

98 درصد از گاز خشك طبيعي را گاز متان تشكيل مي دهد . پروپان و بوتان نيز از ديگر گازهاي مهم هستند كه اين دو اغلب به گازهاي مايع نفتي (LPG ) موسوم مي باشند . چون مي توان اين دو گاز را تحت فشار به صورت مايع در اورد . گاز ديگري بنام اتان وجود دارد كه مي توان آنرا مستقيم به كارخانه هاي صنايع شيميايي منتقل نمود تا مورد بهره برداري جهت توليد موادي مانند نايلون قرار گيرد . البته از اين گاز متان را مستقيماً به مراكز منتقل و از آنجا نيز جهت مصارف سوختي در سطح شهر توزيع نمود و اين كاري است كه در همه ي شهرهاي جهان صورت مي گيرد . پس از آنكه كار جدا سازي در واحدهاي مربوطه روي گاز استخراجي انجام شد ، پروپان و بوتان تحت فشار به گاز مايع تبديل و آنگاه جهت پر كردن سيلندرهاي گاز ( كپسول گاز ) كه اجق هاي گازي را وجود ندارد ، از اين كپسولهاي گاز كه حاوي بوتان و يا پروپان مي باشند استفاده مي شود . گاز اتان هيچگونه مصرف سوختي ندارد .

بزرگترين مخازن گاز طبيعي جهان در كدام كشورها وجود دارد ؟

طبق آخرين آمار منتشر شده فهرست كشورهايي كه بيشترين ميزان ذخاير گاز طبيعي را دارند بصورت زير مي باشد :

- فدراسيون روسيه با ميزان ذخيره ي گازي حدود 1700 تريليون فوت مكعب يعني حدود 30 درصد از كل ذخيره ي گاز جهان كه 155 تريليون متر مكعب مي باشد .

- جمهوري اسلامي ايران با ميزان ذخيره ي گازي 940 تريليون فوت مكعب كه حدود 17 درصد از كل ذخيره ي گازي جهان را در خود دارد .

- قطر با 495 تريليون فوت مكعب ، يعني 9 درصد از كل ذخاير گازي جهان .

- امارات متحده عربي با 205 تريليون فوت مكعب يعني 4 درصد از كل ذخاير گازي جهان .

- عربستان سعودي با 190 تريليون فوت مكعب كه برابر با 7/3 درصد از كل منابع ذخاير گازي جهان مي باشد .

- در حقيقت اين پنج كشور حدود 7/63 درصد از ذخاير گاز طبيعي جهان را در خاك خود دارند كه اين امر مي تواند نقش مهمي در اتصاد آنان ايفا نمايد .

واحدهاي اندازه گيري

در اين كتاب بعضي از واحدهاي اندازه گيري وجود دارد كه فقط تعدادي از آنها براي شما آشناست . اكنون براي آگاهي بيشتر شما فهرست كوچكي از اين واحدها با تعاريف و اندازه هاي مربوطه ذكر گرديده است .

تقطیر در واقع جداسازی فیزیکی برشهای نفتی درپالایشگاه است که اساس آن اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است .هرچه هیدروکربن ،سنگین تر باشد،نقطه جوش آن زیادتر است وزودتر از برج خارج می شود و هرچه هیدروکربن سبک تر باشد ، نقطه جوش آن پایین تر و زودتر از برج خارج میشود.در این پروژه انواع روشهای تقطیر را در برج تقطیر بررسی می کنیم.

علاوه بر جدا کردن آب ، نفت و NGL يکي از مهمترين بخش هاي فرآوري گاز جدا کردن دي اکسيدکربن و گوگرد مي باشد. گازهايي كه از منابع نفتي حاصل مي شوند، عمدتا حاوي مقادير متفاوتي سولفيد هيدروژن و دي اكسيد كربن هستند. اين گاز طبيعي به دليل بوي بد حاصل از محتويات گوگردي آن«گاز ترش»ناميده مي شود. وجود CO₂ به مقدار زياد و H₂S حتي به مقدار كم، باعث اشكالات فراواني مي شود. گاز ترش به علت محتويات گوگردي آن که مي تواند براي تنفس بسيار خطرناک و سمي باشد گاز نامطلوبي بوده و به شدت باعث خوردگي مي شود. علاوه بر اين گوگرد موجود در گاز ترش مي تواند استخراج شود و به عنوان محصول جانبي به فروش برسد. گوگرد موجود در گاز طبيعي به صورت سولفيد هيدروژن (H₂S) مي باشد و معمولاً اگر محتويات سولفيد هيدروژن از ميزان 7/5 ميلي گرم در يک متر مکعب از گاز طبيعي بيشتر باشد گاز طبيعي ، گاز ترش ناميده مي شود. فرايند جدا کردن سولفيد هيدروژن از گاز ترش به طور معمول «شيرين سازي گاز» ناميده مي شود. فرايند اوليه شيرين سازي گاز طبيعي ترش کاملاً شبيه فرايند هاي آب زدايي به کمک گليکول و جذب NGL مي باشد. اگر چه اکثراً شيرين سازي گاز ترش شامل فرايند جذب آميني مي باشد ، ممکن است از خشک کننده هاي جامد مانند اسفنج هاي آهني براي جدا کردن سولفيد هيدروژن و دي اکسيد کربن استفاده مي شود. گوگرد مي تواند فروخته شود و يا اگر به عنصر سازنده اش تجزيه شود مورد استفاده قرار گيرد. عنصر گوگرد به شکل پودر زرد رنگي مي باشد که اغلب مي توان آن ها را به صورت تپه هاي بزرگي در نزديکي تاسيسات فرآوري گاز مشاهده کرد.

فصل اول- کليات شيرين سازي

فرايند کلي سيستم فرآورشي گازگاز ترش پس از استحصال از چاهها در اولين مراحل فراورشي وارد سيستم هاي تفکيک مي شود که مي تواند هم در سر چاه و هم در ورودي پالايشگاه قرار داشته باشد. وظيفه تفکيک کننده ها جداکردن مايعات و جامدات از گازها مي باشد.

گاز ترش وارد فرايند تصفيه شده و گازهاي اسيدي آن به واحد بازيافت گوگرد فرستاده مي شود. گاز شيرين نيز وارد واحد نم زدايي گشته تا رطوبت آن به حد استاندارد (lbMMScf10-8) برسد و آماده بهره برداري شود.

کيفيت گاز شيرين استاندارد

کيفيت براي گازهاي تصفيه شده استاندارد معمولا جداسازي ترکيبات گوگرد و گاز کربنيک را تا مقادير به شرح زير طلب مي نمايد:

هيدروژن سولفوره: مطابق استانداردهاي صنعت گاز حداکثر برابر با ربع گرين در يکصد فوت مکعب گاز مي باشد.

واحد گرين (Grain) بيشتر در صنعت داروسازي مورد استفاده قرار مي گيرد. هر پوند معادل 7000گرين مي باشد بنابراين مقدار ربع گرين در يکصد فوت مکعب گاز استاندارد حدود ^6-10*4مول H₂S در بر دارد. اين مقدار معادل با ppm 4 حجمي مي باشد. مقدار وزني H₂S در گاز بستگي به چگالي دارد. براي گاز طبيعي ترش با چگالي 65/0 مقدار H₂S در گازهاي شيرين استاندارد برابر با ppm7 وزني مي باشد. در سيستم متريک در گاز با يک چهارم گرين H₂S حدود mg6 H₂S در هر متر مکعب گاز وجود دارد. در فشار psig1000 (69بار) فشار جزيي H₂S در گاز با يک چهارم گرين H₂S برابر با2/0 ميليمتر جيوه مي باشد.

مرکاپتان: کمتر از ربع گرين در يکصد فوت مکعب گاز

کل مشتقات گوگردي: کمتر از پنج گرين در يکصد فوت مکعب گاز

گاز کربنيک: تا مقدار کمتر از 2% مولي در گاز طبيعي و کمتر از ppm500 تا ppm1000 براي تغذيه به کارخانجات پتروشيمي.

انواع روشهاي تصفيه گاز

روشهاي تصفيه گاز را مي‌توان به دو دسته کلي زير تقسيم کرد:

1- جذب در فاز جامد (Adsorption)

- جذب فيزيکي - جذب شيميايي

2- جذب در فاز مايع (Absorption)

- جذب فيزيکي - جذب شيميايي

جذب در فاز جامد:

جذب سطحي يا جذب در فاز جامد يکي از روشهاي تصفيه گاز است که در آن گازهاي اسيدي و ناخالصيهاي همراه گاز بعلت وجود گراديان غلظت از جريان گاز به سطح جامد منتقل مي‌گردند. در دماهاي معمولي پديده جذب بدليل ايجاد نيروهاي بين مولکولي ميان مولکولهاي جذب‌شونده و جاذب صورت مي‌گيرد و در اين شرايط پيوند شيميايي جديدي شکل نمي‌گيرد. به اين نوع جذب، جذب سطحي فيزيکي گفته مي‌شود.

جاذب‌ها مواد طبيعي يا مصنوعي هستند که ساختار ميکروکريستالي دارند و سطح تماس زيادي در واحد وزن ايجاد مي کنند.

يکي از متداولترين جاذبهاي تجارتي مورد استفاده در اين روش، غربالهاي مولکولي هستند که معمولا سطح تماسي معادل 650 تا 800 متر مربع به ازاء هر گرم جاذب ايجاد مي‌کنند.

مهمترين ويژگي غربالهاي مولکولي انتخاب‌پذيري آنها در مورد ترکيبات غير اشباع و قطبي مي‌باشد. ترکيبات قطبي مانند آب، دي‌اکسيد کربن، سولفيدهيدروژن، دي‌اکسيد سولفور، آمونياک، سولفيد‌کربنيل و مرکاپتانها در حضور ترکيبات غير قطبي مانند اجزاء گاز طبيعي و هيدروژن براحتي توسط غربالهاي مولکولي جذب مي‌شوند.

اگر پديده جذب سطحي در دماهاي بالاتر ( بيش از ^°C200 ) صورت گيرد انرژي فعالسازي کافي براي تشکيل يا شکستن پيوندهاي شيميايي وجود دارد و اگر اين مکانيزم بر نيروهاي جاذبه بين مولکولي غلبه کند، جذب سطحي شيميايي وجود خواهد داشت. در اين روش جاذب نقش کاتاليست واکنش را دارد و معمولا ترکيبات حاصل از اين واکنش به اندازه ناخالصيهاي اوليه مضر نيستند و بهمين علت مي‌توانند در جريان گاز باقي بمانند و يا بگونه‌اي هستند که به سادگي از جريان گاز حذف مي‌شوند.

يکي ديگر از روشهاي جذب سطحي شيميايي که در شيرين‌سازي گاز ترش مورد استفاده قرار مي‌گيرد واکنش اکسيداسيون در حضور اکسيد آهن مي‌باشد. در اين روش کليه ترکيبات سولفوردار مانند سولفيد هيدروژن، مرکاپتانها، سولفيد کربنيل، کربن به سولفيد و تيوفن‌ها به گوگرد خالص و يا اکسيدهاي گوگرد تبديل مي‌گردند.

فرايند جذب سطحي شيميايي بسيار گران است و با توجه به نوع تقاضا و در ظرفيتهاي نسبتا کم مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

از مزيتهاي مهم اين روش کيفيت بسيار بالاي جذب ناخالصي‌هاست و بهمين علت اين روش معمولا وقتي مورد استفاده قرار مي‌گيرد که مسايل محيط زيست اهميت زيادي داشته باشد و يا گاز شيرين با خلوص بالا مورد نياز باشد.

جذب در فاز مايع:

جذب در فاز مايع معمولترين روش شيرين‌سازي گاز در پالايشگاهها و فرايندهاي تصفيه گاز مي‌باشد. فرايندهاي جذب در مايع به دو دسته فيزيکي و شيميايي تقسيم مي شوند. در روش جذب فيزيکي ناخالصيهاي جريان گاز از طريق ايجاد نيروهاي بين‌ مولکولي در فاز مايع حل مي‌شوند. از مزيت‌هاي مهم اين روش مصرف انرژي کم در قسمت احياء و عدم تخريب حلال مصرفي مي‌باشد. اکثر فرايندهاي اين گروه مانند فرايندهاي Selexol و Sulfinol تحت ليسانس شرکتهاي مختلف مي‌باشند.

در فرايند جذب شيميايي در فاز مايع عموما از محلولهاي آلکانول آمين بعنوان جاذب استفاده ميگردد. استفاده از آلکانول آمينها براي اولين بار در سال 1930 و توسط شخصي به نام باتومز،Battoms ، مطرح شد. اين مواد بعلت ارزان بودن و نيز خاصيت واکنش جذب در صنعت شيرين سازي گاز به طور گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته اند.

دي اتانول آمين (DEA) و مونو اتانول آمين (MEA) داراي بيشترين مصرف تجارتي در تصفيه گاز هستند. تري اتانول آمين (TEA) به علت فعاليت کمتر، وزن مولکولي نسبتا بالا و عدم پايداري کمتر مورد استفاده قرار مي گيرد. متيل دي اتانول آمين (MDEA) در سال 1950 توسط کوهل،Kohel ، مصرف شد و در سالهاي اخير بشدت در صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.

آمينهاي با عناوين تجارتي و فرمولهاي اختصاصي مانند Ucarsol و aMDEA نيز وجود دارند که مخلوطي از آمينها، مواد ضد خوردگي، ضد کف و افزودني هاي فعال ساز مي باشند و از کارايي جذب بسيار بالايي برخوردار مي باشند.

عوامل موثر در انتخاب فرايند شيرين سازي

تصفيه گاز شامل جداسازي ناخالصيهاي اسيدي مانند H₂S، ‍CO₂ ، SO₂ و تركيبات آلي گوگرد و ناخالصيهاي ديگر مي باشد. ناخالصيها به منظور جلوگيري از خوردگي، بسته شدن و بلوكه شدن جريان گاز و سمي بودن آنها، بايستي از جريان گاز طبيعي بوسيله روشهاي مختلف جدا گردند. فرايند بايد بگونه اي باشد كه به حد نشانه خلوص (Cleanup Target) برسيم.

پارامترهاي مختلف براي انتخاب فرايند شيرين سازي بدين صورت است:

1- نوع ناخالصي كه بايد از گاز جدا گردد.

2- ميزان غلظت ناخالصي و حد نشانه خلوص گاز.

3- جذب انتخابي گازهاي اسيدي.

4- ميزان گاز ترش و شرايط دما و فشار گاز.

5- عملي بودن و مطلوب بودن واحد بازيافت گوگرد.

6- اقتصادي بودن فرايند.

اغلب تركيبات گازهاي اسيدي H₂S و ‍CO₂ و همچنين مركاپتانها و دي سولفيد كربن و يا سولفيدكربنيل مي باشند. بسته به نوع ناخالصي، تنها از بعضي روشها مي توان استفاده كرد.

واكنشهاي برگشت ناپذير محلول شيرين سازي و يا جدا شدن گازهاي اسيدي از حلال سبب مي شود كه بسياري از فرايندها غير عملي و غير اقتصادي گردند.

برخي از فرايندها قابل اجراء براي جداسازي مقادير زياد گازهاي اسيدي هستند. در برخي از فرايندها به مشخصات گاز استاندارد خطوط لوله نخواهيم رسيد. برخي فرايندها ظرفيت جذب گازهاي اسيدي در حد ميليونيم را دارند و پاره اي تنها در مورد غلظتهاي كم گاز اسيدي در گاز ترش مي توانند عمل كنند.

يك عامل انتخاب فرايند، انتخابي بودن جذب يك جزء از گازهاي اسيدي در مقابل اجزاء ديگر مي باشد. در مواردي هم انتخابي بودن مهم نيست و تمام اجزاء بايد جدا شوند.

مطلوب بودن و امكانپذير بودن واحد بازيافت گوگرد، موضوع ديگري است كه انتخاب فرايند را با محدوديت مواجه مي نمايد. تا سال 1970 تصميم بر سر اينكه وجود واحد بازيافت گوگرد به دنبال واحد شيرين سازي امري اقتصادي است يا نه، مشكل بود. اگر تقاضايي براي گوگرد توليد شده وجود داشت و يا قيمت گوگرد از نظر اقتصادي كفايت مي كرد آنگاه واحد گوگرد نصب مي گرديد و در صورت اقتصادي نبودن گازهاي اسيدي به هوا تخليه مي گرديد و در بيشتر مواقع سوزانده مي شد.

با پيدايش مساله بزرگتري چون محيط زيست، ذهنيت توليد گوگرد تغيير پيدا كرد. در اغلب كشورهاي صنعتي تبديل هيدروژن سولفوره به گوگرد از لحاظ گوگرد از لحاظ محيط زيست مهمتر از مساله اقتصادي است.

فاكتورهاي اقتصادي در تصفيه گاز

مقدار حلال در گردش از فاكتورهاي اقتصادي مهم در تصفيه با حلالهاي شيميايي است. ميزان حلال در گردش در تعيين اندازه پمپها، خطوط لوله، مبدلها، برج احياء، و در نتيجه در ميزان سرمايه كارخانه نقش مهمي دارد.

ميزان حلال در ميزان انرژي ريبويلر و مقدار بخار، نقش تعيين كننده دارد چرا كه انرژي حرارتي ريبويلر با ميزان حلال، مستقيما تناسب دارد. سرعت انتقال جرم نيز بر روي ارتفاع برج و ميزان بخار مصرفي در ريبويلر اثر مستقيم دارد. در فرايند جداسازي انتخابي اجزاء اسيدي، سرعت انتقال جرم بسيار مهم است.

از فاكتورهاي ديگر كه در مسائل اقتصادي نقش دارند مي توان خورندگي محلول، قيمت حلال، جنس دستگاهها و غلظت حلال در گردش را نام برد.

البته بايد توجه داشت كه با افزايش غلظت حلال، مساله خوردگي نيز شدت خواهد يافت چرا كه با غليظ تر شدن حلال، ميزان جذب گازهاي اسيدي بيشتر شده و به دنبال آن خوردگي افزايش مي يابد و براي رفع اين مشكل بايد از بازدارنده هاي خوردگي استفاده كرد.

فصل دوم- آلکانول آمين ها

آلکانول آمين ها مواد آلي نيتروزن داري هستند که از ترکيب مواد آلي مخصوص (معمولا الکل) با آمونياک بدست مي آيند در واکنش اصلي يکي از هيدروژنهاي آمونياک با راديکال ماده شيميايي آلي تعويض مي گردد.

آلکانول آمين ها به طور عام براي تصفيه گاز ترش و مايعات نفتي به کار مي روند. همانطوريکه از نام آلکانول آمين ها معلوم است مي توان آنها را ترکيباتي از الکل و آمونياک بحساب آورد. فرق بين آمين هاي مختلف در اين است که چه مقدار از هيدروژن هاي آمونياک (NH₃)با راديکال الکل ها جانشين شده است.

همانطوريکه که گفته شد هر مولکول از آمين ها حداقل يک گروه هيدروکسي (OH) و يک گروه آمينو (NH₂,NH) دارند. بطور عام چنين استنباط مي شود که گروه هيدروکسي با بالابردن وزن مولکولي که موجب کاهش فشار بخار و افزايش حلاليت آمين در آب مي گردد و آمينو قدرت بازي کافي در محلول آمين ها در آب به منظور جذب گازهاي اسيدي را بوجود مي آورد.

در سال 1930، TEA اولين آميني بود که در شيرين سازي گاز ترش استفاده شد و در سال 1975، Perry و همکارانش DEA (دي اتانول آمين) را در شيرين سازي استفاده کردند و نتايج مطلوبي بدست آوردند. سال 1985، Kohl و Reisenfeld نشان دادند که استفاده از آمين هاي با قدرت جذب انتخابي بالا در شيرين سازي گاز ترش باعث مي شود که انرژي مورد نياز براي بازيافت آمين کاهش يابد.

شکل1-2: نمونه اي از فرايند آمين ها

آلکانول آمين هاي متداول در فرايندهاي تصفيه گاز عبارتند از:

1- مونو اتانول آمين MEA Monoethanol Amine آمين نوع اول

2- دي اتانول آمين DEA Diethanol Amine آمين نوع دوم

3- تري اتانول آمينTEA Triethanol Amine آمين نوع سوم

4- دي ايزوپروپانول آمين DIPA Diisopropanol Amine آمين نوع دوم

5- متيل دي اتانول آمين MDEA Methyldiethanol Amineآمين نوع سوم

6- دي گليکول آمين DGA Diglycol Amine آمين نوع اول

تفاوت آمين هاي نوع اول و دوم و سوم در تعداد هيدروژن هاي مولکول آمونياک است که توسط راديکال الکل ها يا آلکان ها جايگزين گرديده اند.

مونواتانول آمين داراي فشار بخار بيشتري نسبت به آمين هاي ديگر است. از نظر جرم مولکولي سبکترين آمين مي باشد ولي از نظر ظرفيت جذب گازهاي اسيدي چه از نظر وزني يا حجمي بيشترين ظرفيت جذب را بين انواع آمين ها دارد. از نظر شيميايي پايدار است و به راحتي مي توان آن را از گازهاي اسيدي جدا نمود.

مونواتانول آمين بسهولت گاز ترش را تا حد مشخصات (استاندارد) گاز خط لوله انتقال شيرين مي سازد.

به علت جذب بالايي که مونواتانول آمين دارد، مقدار محلول MEA در گردش پايين مي آيد. يکي از معايب MEA اين است که با سولفيد کربنيل (COS) و دي سولفيد کربن (CS₂) ترکيب شده و نمک هاي مقاوم در برابر گرما توليد مي کند و ترکيبات بدست آمده داراي خاصيت برگشت پذيري نيستند. تشکيل اين نمک ها موجب افزايش هزينه هاي مربوط به سرمايه گذاري اوليه، تسهيلات جانبي و حلال آمين مي گردد. اين نمک ها به صورت رسوب جامد مي باشند و براي احياء حلال، نياز به دستگاه ريکليمر مي باشد.

يکي ديگر از معايب MEA، فشار بخار بالاي آن مي باشد که به موجب اين فشار بخار، مقداري از آمين بصورت بخار همراه با گاز شيرين خارج مي گردد. اگر گاز شيرين شده با آب شستشو داده شود مساله تبخير آمين از بين مي رود. محلول MEA مقدار گازهاي اسيدي را به راحتي تا 25/0 گرين در 100 فوت مکعب کاهش مي دهد. اين محلول براي سيستم هاي شيرين سازي گازهاي ترش با فشارهاي کمتر از psig200 موثرتر مي باشد.

MEA به طور کلي به صورت محلول 10 تا 20 درصد وزني در آب استفاده مي شود. به سبب مشکلات خوردگي بار گاز اسيدي به طور معمول به 3/0 تا 35/0 مول گاز اسيدي به مول آمين براي تجهيزات از جنس فولاد کربني محدود مي شود. اگر تجهيزات از جنس فولاد ضدزنگ استفاده شود بار به mole/mole 7/0 تا 9/0 مي رسد و مشکلات خوردگي وجود نخواهد داشت. اگر چه MEA خودش اثرات خورنده ندارد ولي محصولات نامطلوب آن بشدت باعث خوردگي مي شود.MEA با عوامل اکسيدي مانند COS و CS₂ و SO₂ و SO₃ واکنش مي دهد و بايد اکسيژن حاصل را براي جلوگيري از ايجاد خوردگي از سيستم خارج کرد. تجزيه MEA اثر آمين را کم مي کند، اما با احياء مي توان بيشتر آمين بي اثر شده را بازيافت نمود.

دي اتانول آمين همچون MEA عمل مي کند و به آساني گاز ترش را تا حد مشخصات گاز شيرين تصفيه نموده و در فشارهاي بالاتر از psig200 خوردگي کمتري نسبت به MEA ايجاد مي کند. دي اتانول آمين نسبت به CO₂ و H₂S غير انتخابي عمل مي کند و هر دو را با هم جذب مي کند و چون داراي فشار بخار کمتري از MEA مي باشد، هدر رفتن آمين به علت تبخير کمتر است. همچنين واکنشهاي شيميايي دي اتانول آمين مشابه مونواتانول آمين مي باشد ليکن خورندگي محصولات حاصل شده به شدت خورندگي در فرايند MEA نيست.

واکنش شيميايي DEA با CS₂ و COS با سرعت کمتري انجام مي شود و همچنين محصولاتي توليد مي کند که در برج احياء قابل برگشت است و از اين نظر نسبت به MEA ارجح مي باشد. از اين رو، ترکيباتي نظير CS₂ و COS بدون آنکه موجب هرزرفت DEA شوند از سيستم خارج مي گردند و بهمين دليل هيچ نيازي به استفاده از دستگاه ريکليمر نيست. DEA مقدار گازهاي اسيدي را به 1/0 گرين بر 100 فوت مکعب مي رساند.

DEA به طور متداول با 25 تا 35 درصد وزني استفاده مي شود. کل بار گاز اسيدي براي DEA نيز بهmole/mole 35/0-3/0 براي تجهيزات از جنس فولاد کربني محدود مي شود. وقتي که تجهيزا ت از جنس فولاد ضدزنگ و يا بازدارنده ها در فرآيند SNPA استفاده شود،DEA مي تواند با ايمني بالايي مورد استفاده قرار گيرد.DEA در معرض اکسيژن، اسيدهاي خورنده تشکيل مي دهد. در بيشتر واحدها DEA به سبب اينکه در فشار اتمسفري به زير نقطة جوشش تجزيه مي شود، قابل احياء نمي باشد.

در سال 1930، محلول TEA اولين محلول تجاري آلکانول آمين بوده که در صنعت شيرين سازي گاز مورد استفاده قرار گرفته است و بعدها محلول هاي MEA و DEA و ساير آمين ها جاي آن را گرفتند. آمين هاي نوع سوم در مقايسه با آمين هاي نوع اول و دوم ميل ترکيبي کمتري با گازهاي اسيدي دارند و به همين علت به ندرت در فرايندهاي تصفيه گاز مورد استفاده قرار مي گيرند. تنها مزيت TEA نسبت به ساير آمين ها انتخاب پذير بودن آن براي جذب CO₂ و H₂S مي باشد.

دي گلايکول آمين يک آمين نوع اول است که داراي ميل ترکيبي زياد با CO₂ وH₂S مي باشد. محدوده غلظت مورد استفاده در فرايندهاي شيرين سازي بين 50 تا 70 درصد وزني مي باشد و بيشترين کاربرد اين حلال در فشارهاي پايين مي باشد. از مشخصات مهم حلال DGA فشار بخار پايين و غلظت بالاي آن مي باشد. لذا در مقايسه با محلول MEA از نظر هرزرفت حلال بواسطه فشار بخار کمتر و يا ميزان حلال در گردش به لحاظ غلظت بالاتر از جايگاه اقتصادي برتري برخوردار مي باشد. همچنين DGA تمايلي به واکنشهاي برگشت پذير با COS، CS₂، SO₂ و SO₃ندارد. از معايب DGA گرماي واکنش بالاي آن مي باشد.

دي ايزوپروپانول آمين يک آمين نوع دوم است. از اين حلال مي توان براي جداسازي CO₂ و H₂S استفاده نمود. محدوده غلظت DIPA مورد استفاده در فرايندهاي شيرين سازي 20 تا 40درصد وزني مي باشد.

يکي از ويژگيهاي DIPA اين است که براي جداسازي H₂Sدر فشارهاي پايين از کارايي بسيار بالايي برخوردار است. در سيستم هاي فشار بالا استخراج انتخابي فرايند DIPA تقليل يافته و قدرت اين حلال براي جذب بيشتر CO₂ افزايش مي يابد. همچنين از ديگر ويژگيهاي مهم DIPA آنست که پديده خوردگي بطور کلي وجود ندارد و همچنين مصرف انرژي پايين است.

متيل دي اتانول آمين يک آمين نوع سوم است. امتياز اصلي اين حلال نسبت به آمين هاي ديگر در جذب انتخابي H₂S در حضور CO₂ است. در سال 1977، Vidaurri وKohra قدرت جذب انتخابي MDEA را بررسي کردند.

در صورت بالا بودن نسبت از حلال MDEA براي افزايش کيفيت و راندمان خوراک استفاده مي شود.

در سال 1990، Bullin و همکارانش اثر پارامترهاي عملياتي مثل زمان ماند گاز مايع روي هر سيني، سرعت جريان برگشتي و دماي آمين فعال (Lean Amine) براي دفع توده CO₂ روي محلول MDEA و مخلوطي از آمينها را بررسي کردند که در نتيجه با بالابردن زمان ماند مايع روي هر سيني و سرعت جريان برگشتي و دماي آمين فعال بهترين شرايط عملياتي را براي دفع مقدار بالاي CO₂خواهد داشت.

از مشخصات حلال MDEA فشار بخار پايين آن مي باشد. همچنين اين حلال در برابر حرارت پايدار مي باشد و داراي گرماي واکنش پايين و مسائل خوردگي کمتري مي باشد.

متيل دي اتانول آمين محلول 40 تا 50درصد وزني مي باشد. استفاده از حد ماکزيمم غلظت در سيستم هاي جداسازي انتخابي H₂S در حضور CO₂ موجب کاهش قابل ملاحضه حجم سرمايه گذاري و هزينه هاي عملياتي بواسطه کاهش آمين در گردش مي گردد. بدليل پايين بودن گرماي مورد نياز احياءسازي حلال MDEA انرژي مصرفي عمليات احياءسازي محلول در گردش بسيار پايين است. به گونه اي که در صورت تعويض حلال DEA با MDEA انرژي مصرفي سيستم را مي توان تا ميزان 75درصد کاهش داد.

يکي ديگر از کاربردهاي آن در استخراج گاز H₂S از درون گازها با درصد بالاي CO₂ در پروژه هاي تزريق گاز به ميادين نفتي، بمنظور ازدياد برداشت نفت خام مي باشد. استفاده از اين حلال براي جذب گازهاي ترش که ميزان CO₂درونآنهاکمتر يابرابر حد مجاز CO₂در گاز شيرين استاندارداست توصيه مي گردد. از حلال MDEA براي تصفيه گاز سوخت نيز استفاده مي شود. همچنين قيمت اين حلال از حلالهاي فوق الذکر بيشتر است.

ادامه دارد........

+ نوشته شده در جمعه هشتم اردیبهشت ۱۳۹۱ساعت 0:22 توسط آیت کاوسی مقدم |