مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

 

فهرست مطالب صفحه

 

 

مقدمه...... .... 3

چكيده... ... 4

 

فصل اول

شيرين كردن گازها با اتانول آمين ها

تعريف عمومي گازها.... ... 6

انواع گاز طبيعي.. ...... 6

ناخالصي هاي موجود در گازها........ .. 7

پالايش گازها. ....... 7

روش آمين....... ... 9

انتخاب نوع فرآيند.. ..... 10

تجهيزات لازم فرايند تصفيه گاز ترش با آمين ها...... .... 11

فرآيند تصفية گاز ترش با دي اتانول آمين ( .. 12

اثر گازهاي اسيدي جذب شده روي خواص فيزيكي آلكانول آمين....... .......... 17

حلالهاي جاذب.. ................................. 19

ويژگيهاي زداينده گازها و حلالهاي جاذب.............................................................................................. 20

معرفي آمين ها و معيار انتخاب آنها.......................................................................................................... 21

توليداتانول آمين ها........................................................................................................................................ 22

خصوصيات اتانول آمين ها........................................................................................................................... 25

كاربرد اتانول آمين ها.................................................................................................................................... 28

مزاياي دي اتانول آمين نسبت به موتور اتانول آمين............................................................................ 29

ظرفيت، تقاضا و قيمت اتانول آمين در سطح جهان............................................................................ 30

 

فصل دوم

فرايند نويني براي بازيافت DEA از محلولهاي نيمه فاسد شده:

تشريح فرايند وتعادل فازي سيستم دي اتانول آمين – بي (هيدروكسي اتيل) پيپرازين

تري (هيدروكسي اتيل) اتيلن دي آمين – هگزادكان......................................................................................... 34

 

فرايند نوين....................................................................................................................................................... 36

مشخصات مايع بي اثر.................................................................................................................................... 38

بررسي تعادل بخار مايع(VLE)................................................................................................................. 39

ترموديناميك تعادل بخار – مايع................................................................................................................ 39

مخلوط‌هاي دوتايي ........................................................................................................................................ 45

مخلوط‌هاي چند جزيي................................................................................................................................. 48

آناليز رگرسيون داده‌هاي تعادلي بخار – مايع......................................................................................... 49

مواد، تجهيزات و روش‌هاي آ‌زمايشگاهي.................................................................................................. 53

 

 

فصل سوم

فرايند نويني براي بازيافت DEA از محلولهاي نيمه فاسد شده:

آناليز فرايند....................................................................................................................................................... 56

تقطير تحت شرايط جريان برگشتي كامل................................................................................................ 56

آناليز فرايند با شبيه ساز ASPEN ....................................................................................................... 65

تقطير ناگهاني................................................................................................................................................... 66

تقطير جزئي و ناگهاني................................................................................................................................... 68

اثر شرايط عملياتي بر اجراي فرايند.......................................................................................................... 72

شبيه سازي فرايند پيشنهادي با دو ستون تقطير................................................................................. 80

 

نتيجه ................................................................................................................................................................................ 84

ضميمه............................................................................................................................................................................... 86

معادلة NRTL و پارامترهاي آن ............................................................................................................................. 88

مراجع ............................................................................................................................................................................... 89

 

فصل اول

شيرين كردن گازها با اتانول آمين ها

 

  

تعريف عمومي گازها

در طبيعت مواد به اشكال و حالتهاي مختلف وجود دارند كه هر حالت يك فاز ناميده مي شود. مثلاً فاز جامد، فاز مايع، فاز گاز، فاز پلاسما. گازها فازي از ماده هستند كه فاصله بين مولكولها زياد ونيروي جاذبه بين مولكولهاي آنها ناچيز مي باشد. چنانچه در هر ظرفي قرار گيرند، شكل آن ظرف را پيدا مي‌كنند.

 

انواع گاز طبيعي

گاز طبيعي: ماده اي است كه در بسياري از نقاط جهان بصورت مخازن گازي دراعماق زمين وجوددارد.

گاز چاهي: گازي است كه بطور مستقيم از چاه بهره برداري مي شود.

گاز خام: به ماده اوليه گازي كه بواحدهاي شيميايي داده مي شود، اتلاق مي گردد.

گاز خط لوله: گاز قابل فروش كه مشخصات قابل قبول خريدار داشته باشد و يابا استاندارد متداول ممكن وفق دهد.

گاز ترش: گازي است كه به مقدار قابل ملاحظه سولفيد هيدروژن () يا دي اكسيد كربن() و يا هر دوي آنها را داشته باشد.

گاز شيرين: گازي است كه سولفيد هيدروژن و دي اكسيد كربن آن حداقل مجاز مناسب خط لوله باشد.

گاز خشك: گازي است كه كم تر از يك دهم گالن هيدروكربن و بالاتر در هزار فوت مكعب داشته باشد.

گاز تر:گازي است كه بيش از يك دهم گالن هيدروكربن و بالاتر در هزار فوت مكعب داشته باشد.[1]

 

ناخالصي هاي موجوددر گازها

ناخالصيهاي موجود در گازها عبارتند از :

- نيتروژن () - سولفيد هيردوژن () - دي اكسيد كربن()

- آب () - هليم(He) - گوگرد(S)

- دي سولفيد كربن () - سولفايد كربونيل(COS)

- مركاپتان مانند متيل مركاپتان واتيل مركاپتان(R-SH)

معمولاً بيش از همه ناخالصي هاي فوق، گازهاي و در گاز طبيعي يافت مي شوند كه بايد با روش هاي مناسب زدوده شده و قابل فروش و مصرف استاندارد گردد. ساير ناخالصي ها معمولاً همراه و زدوده مي شوند مگر آنكه بطور استثناء روش خاصي براي حذف آنها لازم باشد. روش جذب ناخالصي ها بستگي به ميزان هر كدام در گاز دارد . نسبت سولفيد هيدروژن به دي اكسيد كربن در گاز ممكن است خيلي متغير باشد و لذا روشهاي زدودن آنها مي تواند متفاوت باشد.

 

پالايش گازها

دلايل پالايش گاز وجذب و : گازها آن طوريكه در طبيعت وجوددارد كمتر قابل مصرف بوده و به دلايل مختلف بايد پالايش شود. مهمترين دلايل پالايش گاز عبارتند از:

-خورندگي و مسموم كنندگي

- فقدان ارزش حرارتي

- استحصال انرژي

- استفاده از گاز در تركيبات شيميايي و پتروشيميايي

- حفظ محيط زيست[2].

 

روش هاي پالايش گاز

قبل از پيدايش روش هاي معمول، براي حفظ و از گاز طبيعي از آهك استفاده مي شد و آهك مصرف شده دور ريخته مي شد. در سال 1910 روش اكسيدآهن ابتدا در انگلستان و بعد در ساير نقاط جهان رواج يافت. در سال 1920 روش كربنات پتاسيم يا سي بورد [1]بوسيلة كمپاني كوپر[2] معرفي شد. در واقع اين اولين روش تجاري بود كه گازهاي اسيدي بوسيلة مايع شستشو داده مي‌شدند. روش استفاده از آمين در سال 1930 به ثبت رسيد و در سال 1939 روش مخلوط آمين و گليكول پيشنهاد شد كه پالايش و خشك كردن گاز را يك جا انجام مي داد. د 1948 تجاري كردن اين روش ها تفصيل مورد بررسي قرار گرفت. روش هاي جذب سطحي سولفينول [3] در سال 1965 بوجود آمد و روش فلور و استفاده از غربالهاي مولكولي بتدريج جايگزين روش هاي قديمي گرديد. بطور كلي روش هاي پالايش گاز در چهار گروه دسته بندي مي شوند:

1- روش استفاده از حلال هاي شيميايي مثل آمين ها، مخلوط گليكول، آمين وكربنات پتاسيم.

2- روش استفاده از حلال هاي فيزيكي مثل پروپيلن، دي متيل اتر. تتراهيدروتيوفن دي اكسيد.

3- روش اكسيد كردن گاز سولفيد هيدروژن مانند روش هودري و اكسيد آهن.

4- روش جذب سطحي مانند استفاده از غربال هاي مولكولي[4] [3].

فاكتورهاي انتخاب روش پالايش: انتخاب هر يك از اين روش ها براي پالايش گاز يك سليقة شخصي نيست و به فاكتورهاي مختلفي مانند فشار عملياتي، درجه حرارت گاز مورد پالايش، نقطه جوش ماده پالايش كنند، گرماي حاصل از فعل و انفعالات در داخل برج جذب كننده، غلظت ماده مصرفي، مقايسه قيمت مواد مورد لزوم و بالاخره سرويس هاي در دسترس و مورد احتياج بستگي دارد. بطور خلاصه نسبت سولفيد هيدروژن و دي اكسيد كربن در گاز مورد پالايش و كيفيت مورد تقاضا براي گاز پالايش شده روش انتخابي جهت پالايش گاز را تعيين مي كند.

 

احياء عامل جذب گازها: در روش ياد شده عامل جذب گازهاي اسيدي. اعم از حلال هاي فيزيكي و يا شيميايي را پس از استفاده مي توان احياء نمود و مجدداً مورد استفاده قرار داد. به عبارتي فقط مقدار بسيار كمي از آن تلف شده و يا احتياج به صاف كردن و تميز كردن دارد. روش هاي ديگري هم هستند كه در آنها ماده شيميايي مصرف شده و ديگر قابل احياء شدن نيست. اگر چه در اين روش ها مي توان حداكثر گازهاي اسيدي را جذب نمود. اما بعلت همان مصرف مواد شيميايي چندان بصرفه نيستند. مگر اينكه مقداري گاز اسيدي بسيار كم بوده و لازم باشد همان مقدار كم را هم از گاز جدا نماييم. مانند استفاده از گاز براي آلكيلاسيون و يا تهيه آمونياك و يا ساير كاربردهاي پتروشيمي.

روش آمين

تا سال 1930 روش سي بورد با استفاده از محلول كربنات پتاسيم متداول بود و مشكل اين روش در آن زمان اين بود كه محلول تا حدي خاصيت خود را از دست مي داد و مقداري تيوسولفات در آن ايجاد مي‌شد كه قابل برگشت و احياء نبود. بعلاوه با تغيير دما كربنات پتاسيم در دستگاهها رسوب كرده و مشكلات عملياتي ايجاد مي كرد و ضمناً اين روش براي فشار هاي بيش از (500 Psi) مناسب نبود. در سال 1930 كمپاني گيردلر[5] استفاده از آمين ها باي جذب گازهاي اسيدي را پيشنهاد و انحصار آنرا بنام خود ثبت نمود. آمين ها خاصيت آن را دارند كه در دماهاي معمولاي گازهاي اسيدي جذب كرده و در دماي بالاتر آنها را دفع نمايند، لذا در تصفيه گازها دو نوع برج، براي جذب و دفع گازهاي اسيدي در نظر گرفته مي شود كه به ترتيب به نام برج جذب [6] و برج دفع [7] يا احياء معروف مي باشد.

انتخاب نوع فرآيند

شيرين سازي به عواملي نظير دما و فشار گازي كه بايد تحت تصفيه قرارگيرد، غلظت اجزاي اسيدي و درصد خلوص مورد نياز گاز شيرين شده بستگي دارد. همچنين بايدتوجه شود كه جذب همزمان يا انتخابي و مورد نظر است. با توجه به متفاوت بودن مقدار مجاز ناخالصي هاي از نوع و در گاز مصرفي، با به كارگيري حلال هاي انتخابگر ، جذب اجزاي اسيدي موجود در گاز به سمت جذب بيشتر نسبت به سوق داده مي شود و در نتيجه ظرفيت اشغال نشدة حلال انتخابگر توسط ، صرف جذب مقادير بيشتري مي شود و به اين ترتيب ظرفيت واحد شيرين سازي افزايش پيدا كند. با عنايت به اين مطلب كه در واكنش انواع آمين ها با سولفيد هيدروژن ، تعادل شيميايي به سرعت حاصل مي شود و غلظت سولفيد هيدروژن در كلية نقاط فيلم مايع به غلظت تعادلي آن مي رسد، مي توان چنين نتيجه گرفت كه مكانيزم كنترل كننده در جذب آن واكنش شيميايي است. اما واكنش آمين ها با از چنين كيفيتي برخوردار نيست، چرا كه در حين واكنش مصرف مي شود و عمدتاً درگير واكنش هاي غيربرگشتي مي شود كه غلظت را در تودة مايع به صفر مي راند. بدين لحاظ جذب فيزيكي مكانيزم كنترل در جذب آن به شمار مي رود. بنابراين هر چه واكنش هايي كه درگير آنها مي شود سرعت بيشتري داشته باشند و را بهتر مصرف كنند، جذب موفق تر خواهد بود.

 

 

تجهيزات لازم فرايند تصفيه گاز ترش با آمين ها

فرايند تصفيه توسط آمين ها مشابه يكديگر بوده و قسمت هاي اساسي فرايند (شكل 1-1) در همه يكسان است. تجهيزات اصلي اين فرايند ها عبارتند از :

• جداكننده و فيلتر در مسير گاز ورودي.
• برجهاي تماس دهنده گاز و آمين(برجهاي سيني دار يا پرشده).
• برج هاي احياء آمين و دفع گازهاي اسيدي.
• مبدل هاي حرارتي جهت گرم كردن آمين خروجي از برج هاي جذب.
• مبدل هاي حرارتي جهت سردكردن آمين خروجي از برج هاي احياء.
• ريبويلر براي گرم كردن سيال در برج هاي احياء.
• كندانسور براي ميعان گازهاي اسيدي و بخارات متصاعده از برج هاي احياء.
• ظرف جمع آوري آب رفلاكس و تجهيزات برگشت دادن آن به بالاي برج احياء.
• پمپ هاي انتقال آمين از برج هاي احياء تا پمپ هاي اصلي گردش آمين، كه آمين را به بالاي برج هاي تماس مي فرستند.
• خنك كننده هاي هوايي و آبي در سير آمين رقيق.
• ظرف تبخيرناگهاني آمين غني و مسير فيلتراسيون آمين و تجهيزات جانبي.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-1 دياگرام فرايند شيرين كردن گاز طبيعي [5]

فرايند تصفيهء گاز ترش با دي اتانول آمين (DEA)

بكارگيري محلول DEA براي تصفيه گاز طبيعي اولين بار توسط برتر . صورت گرفت و سپس توسط وندت ، دايلي ، بايلول تكميل گرديد. اين روش كه به فرآيند DEA–S.N.P.A معروف است توسط انجمن ملي نفت فرانسه توسعه يافت. بنا به تجارب SNPA اين فرآيند در حال حاضر بخوبي پذيرفته شده است و براي فرآيندي كه داراي درصد بالايي از گازهاي اسيدي، فشار بالا و ناخالصيهائي مثل COSباشد، مناسبترين روش تشخيص داده شده است. وجود اين تركيبات هيچگونه اثري روي محلول DEA نمي گذارد. براي تصفيه گازهاي پالايشگاهي غلظت محلول 10-25%DEA و براي تصفيه گاز طبيعي از غلظت 25-30% استفاده مي شود. در مقياس صنعتي فرآيندهاي مختلفي براي جذب گازهاي اسيدي با اتانول آمينها وجوددارد كه نمونهء متعارف آن بعداً نشان داده خواهد شد. گازهاي اسيدي از قسمت پايين وارد برج جذب مي گردند و از بالا آمين تميز بصورت جريان متقابل وارد برج مي شود، گازهاي اسيدي دي اكسيد كربن و سولفيد هيدروژن ضمن تماس با محول آمين پس از نفوذ در فاز مايع واكنش شيميايي انجام داده و از تودة گاز خارج مي گردند و فاز مايع واكنش شيميايي انجام داده و از تودة گاز خارج مي گردند و بدين ترتيب تودهء گاز ضمن عبور از برج جذب تصفيه مي گردد. محلول آمين خروجي از پايين برج كه گازهاي اسيدي را در خود حل كرده است، ضمن گرم شدن در مبدلهاي حرارتي وارد برج تفكيك مي گردد. در واحدهاي شيرين سازي در فشارهاي بالا، قبل از برج تفكيك معمولاً از يك ظرف تبخير ناگهاني جهت جدا كردن هيدروكربنهاي حل شده در آمين استفاده مي شود. در برج تفكيك با استفاده از بخار و حرارت، واكنش معكوس انجام مي گيرد و محلول آمين، دي اكسيد كربن و سولفيد هيدروژن را از دست مي دهد. محلول پس از خنك شدن در مبدلهاي حرارتي مجدداً وارد برج جذب مي شود واين سيكل به همين شكل تكرار مي‌شود(شكل 1-1). فرآيند جذب بر اساس واكنش اسيد، باز و توليد نمك با پيوندهاي ضعيف مي‌باشد.

 

روش آمين پكيچ: در اين روش گازهاي و از خوراكيهايي كه شامل گاز طبيعي مي‌شود با كمك اتانول آمين جذب مي شوند. اين روش مبتني بر دستيابي به تعادل شيميايي در فاز مايع مي باشد. در محلولهاي آبي و تحت يك مكانيزم خنثي اسيد و بازي با آلكانول آمين ها وارد واكنش مي شوند . واكنش هاي اسيد و باز تعادلي كه انجام مي شود، به كمك روابطي تجزيه شيميايي و بر مبناي تحليل كنت و ايزنبرگ مي باشد. واكنش هايي كه صورت مي گيرند عبارتند از:

 

در واكنش هاي فوق عبارت است از ثابت تعادل براي واكنش i ام و معرف آلكانول آمين است و R نشان دهندهء يك گروه آلكيل ، آلكانول و يا هيدروژن است.

علاوه بر واكنش هاي اسيدي و بازي مندرج در بالا بطور مستقيم با آمين هاي نوع اول و دوم واكنش مي دهد و يون هاي كاربامات پايداري حاصل مي كند كه مي توانند به فرم يونهاي بي كربنات تبديل شوند.

آمين هاي نوع سوم نظير متيل دي اتانول آمين (MDEA) كاربامات پايداري حاصل نمي كنند. در محلول آبي MDEA، تنها قادر به تشكيل كربنات خواهد بود. ثابتهاي واكنش شيميايي ها توسط رابه زير بيان مي شوند.

ثابت تعادل مربوط به واكنش تجزيه آمين پروتونه شده، با توجه به استفاده از آمين خالص به عنوان حالت مبنا تصحيح شده است. اين كار بكمك محاسبه ضريب اكتيويتة در حال رقت بينهايت آمين در آب و با استفاده از داده هاي آزمايشي سيستم آب – آمين بدست آمده است. آنتالپي مايع نيز به كمك روش ايده آل محاسبه شده و يك ضريب تصحيح به دليل گرماي واكنش در آن اعمال گرديده است و از فرم كلازيوس-كلاپيرون تكميل شده بصورت زير بدست مي آيد.

 

[1]. seabord

[2]. kopper

[3].solfinol

[4].Molecular seives

[5]. Girdler

[6]. Contactor

[7]. Regenerator