دانلود مقاله فراوري ، تصفيه و جذب گاز

فراوري ، تصفيه و جذب گاز

نوع فایل: word

قابل ویرایش 137 صفحه

چکیده:

گازي كه از منابع گازي حاصل مي شود، حاوي مقاديري ناخالصي مانند سولفيد هيدروژن، دي اكسيد كربن، سولفيد كربنيل، دي سولفيد كربن و . . . همراه دارد كه اصطلاحاَ گاز ترش ناميده مي شود. وجود اين گازهاي اسيدي باعث ايجاد مشكلات خوردگي در صنايع نفت و گاز پتروشيمي مي گردد. حذف اين گازهاي اسيدي صرف نظر از ايجاد مشكلات خوردگي كه سالانه باعث از بين رفتن ميليونها دلار سرمايه مي گردد، از نقطه نظر سمي بودن و يا ايجاد گازهاي سمي بسيار مهم است. گاز سولفيد هيدروژن كه مهمترين ناخالصي به شمار مي آيد، از لحاظ سمي بودن قابل مقايسه با سيانيد هيدروژن است و طبق استاندارد بين المللي مقدار آن در جریان گاز نبايد از ppm 4 بيشتر باشد. بنابراين گاز پس از طي يك سري فرآيندها، گازهاي اسيدي‌اش را از دست داده و به گاز شيرين تبديل مي‌گردد. فرآيندهايي كه جهت تصفيه گاز به كار مي‌روند با توجه به شرايط متفاوت بسيار متنوع مي‌باشند. در حال حاضر آلكانل آمينها به طور گسترده در صنايع تصفيه گاز به عنوان حلال براي جذب هيدروژن سولفايد و دي اكسيد كربن به كار مي‌روند . بنا براين حفظ كيفيت آمين يكي از اساسي ترين موضوعاتي است كه براي بهبود عملكرد سيستم شيرين سازي گاز مورد برسي قرار مي گيرد. خوردگي بيش از اندازه و اتلاف حلال آمين، دو موضوعي است كه بيشترين هزينه عملياتي را در سيستم آمين به وجود مي آورد. هر ساله واحدهاي عملياتي بیشتری وادار به انجام يك سري برنامه هايي جهت برسي حفظ كيفيت آمين مي شوند. اين برنامه ها عبارتند از :

1-       برسي آلودگي هاي آمين توسط آناليز آزمايشگاهي منظم

2-       كاهش اتلاف آمين توسط بررسي عامل اتلاف

3-       جدا سازي متناوب آلودگي ها براي رساندن كيفيت آمين در حد استاندارد هاي صنايع نفت و گاز

انجام اين سه مورد به طور منظم، فرآوري مطلوب گاز و رساندن كيفيت آمين به يك حد مناسب را تضمين مي كند، تا اينكه خوردگي و هزينه ها از حد مجاز تجاوز نكند. افزايش مقدار اين آلودگي ها باعث تغيير خواص فيزيكي محلول آمين مي شود، كه اين تغيير باعث كاهش قدرت حلاليت محلول آمين و افزايش خوردگي در سيستم مي شود.

تاريخچه روشهاي تصفيه گاز:

قبل از پالايش گاز به روش‌هاي معمول، جهت حذف سولفيد هيدروژن و دي اكسيد كربن از جریان گاز طبيعي، از آهك كه پس از استعمال دور ريخته مي‌شد، استفاده مي‌گرديد. اولين بار در سال 1861 ميلاديwurtz ، موفق شد كه الكانل آمين‌ها را از طريق گرما دادن الكانل كلرو هيدرين و آمونياك به دست آورد. همچنين در سال 1897 ميلاديknorr توانست اتانل آمين‌ها را از تركيب آمونياك و اكسيد اتيلن توليد نمايد. در سال 1910 روش اكسيد آهن ابتدا در انگلستان و سپس در ساير نقاط جهان گسترش پيدا كرد و پس از آن در سال 1920 روش كربنات پتاسيم به وسيله كمپانيkopper معرفي شد. در واقع اين اولين روش تجارتي بود كه گازهاي اسيدي به وسيله مايع شستشو داده مي‌شدند. روش استفاده از آمين در سال 1930 به ثبت رسيد و در سال 1939 روش استفاده از مخلوط آمين و گليكول پيشنهاد شد كه پالايش و خشك نمودن گاز را هم زمان انجام مي‌داد. روش‌هاي استفاده از حلال‌هاي فيزيكي، سولفينول، در سال 1965 به وجود آمد و روش فلور و استفاده از غربال‌هاي مولكولي به تدريج جايگزين روش‌هاي قديمي گرديد[2،1]. فرآيندهايي كه جهت تصفيه گاز به كار مي‌روند با توجه به شرايط متفاوت، بسيار متنوع هستند. مهم‌ترين اين فرآيندها كه در حال حاضر در پالايشگاه‌هاي دنيا مورد استفاده مي‌باشند[1]، عبارتند از:

1-       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

2-       فرآیند جذب روی جامد

3-       فرآیند نفوذ غشایی

انتخاب هر يك از اين روش‌ها براي پالايش گاز، مربوط به سليقه شخصي نيست، بلكه به فاكتورهاي مختلفي بستگي دارد كه عبارتند از:

1-       فشار عمليات

2-       درجه حرارت گاز مورد پالايش

3-       نقطه جوش ماده پالايش‌كننده

4-       گرماي حاصل از فعل و انفعالات در داخل برج جذب‌كننده

5-       غلظت ماده مصرفي

6-       مقايسه قيمت مواد مورد نياز

7-       سرويس‌هاي قابل دسترس مورد نياز

8-       ميزان خلوص مورد نياز گاز تصفيه شده

1-                  ميزان و نوع ناخالصي‌هاي موجود در جریان گازهاي ورودي به پالایشگاه‌ها

فهرست مطالب:

مقدمه

فصل اول

فصل اول: روش های مختلف فر‌‌آوری گاز طبیعی

1-1- تاريخچه روشهاي تصفيه گاز

1-2- فرآیند های جذب در مایع

1-2-1- فرآیند جذب شیمیایی با واکنش برگشت‌پذیر

1-2-1-1- محلول نمك قليايي جهت جدا سازي گازهاي اسيدي

1-2-1-1-1- فرآيندهاي كربنات ها

1-2-1-1-1-1- فرآيند كربنات پتاسيم داغ

1-2-1-1-1-2- فرآيند كاتا كارب

1-2-1-1-1-3- فرآيند كربنات گرم – آمين

1-2-1-1-1-4- فرآيند فلكسرب

1-2-1-1-1-5- فرآيند گياماركو – وتروكك

1-2-1-1-1-6- فرآيند سيبورد

1-2-1-1-1-7- فرآيند كربنات تحت خلاء

1-2-1-1-2 فرآيند الكازايد

1-2-1-1-3- فرآيند تري پتاسيم فسفات

1-2-1-2- فرآيند الكانل آمين ها

1-2-1-3- فرآيند اكسيداسيون در فاز مايع

1-2-1-3-1- فرآيند جی- وي

1-2-2- فرآيندهاي جذب فيزيكي گازهاي اسيدي توسط حلال هاي فيزيكي

1-2-2-1- فرآيند حلال فلور

1-2-2-2- فرآيند سلكسول

1-2-2-3- جذب به وسيله ي آب

1-2-2-4- فرآيند سپاسلو

1-2-2-5- فرآيند پوريسول

1-2-2-6- فرآيند ركتيسول

1-2-2-7- فرآيند استاسولوان

1-2-3- فرآيندهاي مخلوط حلال هاي فيزيكي و شيميايي

1-2-3-1- فرآيند سولفينول

1-2-3-2- فرآيند سلفينيگ

1-3- فرآيندهاي بستر جامد

1-3-1- فرآيند جذب سطحي خشك

1-3-1-1- فرآیند اکسید آهن

1-3-1-2- فرآيند اسفنج آهني

1-3-1-3- فرآيند سافنولايم آر.جي

1-3-2- فرآيند هاي جذب سطحی در مايع

1-3-2-1- فرآيند شيرين سازي به وسيله محلول آبكي

1-3-2-2- فرآيند كميسوئيت

1-3-3- الك هاي مولكولي

1-3-3-1- فرآیند جذب سطحي

1-4- فرآيند نفوذ غشايي

فصل دوم: فرآیند حلال های آلکانل آمین و بررسی مشکلات این حلال ها در صنایع گاز

2-1- آلكانل آمين ها

2-1-1- ساختار شيميايي آلكانل آمين ها

2-1-2خواص فيزيكي آلكانل آمين ها

2-1-3- واكنش هاي شيميايي الكانل آمين ها

2-2- مقايسه و معيار انتخاب الكانل آمين ها

2-2-1- تري اتانل آمين ( TEA )

2-2-2- منو اتانل آمين( MEA )

2-2-3- دي اتانول آمين ( DEA )

2-2-4- متيل دي اتانل آمين ( MDEA )

2-2-5- دي گلايكول آمين ( DGA )

2-2-6- دي ايزو پروپانل آمين ( DIPA )

2-3- غلظت محلول هاي آمين

2-4- شرح كلي فرآيند آمين

فصل سوم: معضلات حلال آمین در فرآیند فرآوری گاز

3-1- اتلاف آمين

3-1-1- تبخير ( vaprazation )

3-1-2- اتلاف مكانيكي

3-1-3- همراه بري ( (Entrainment

3-1-3-1- پراكنده شدن فاز مايع در فاز گاز

3-1-3-2- پراكنده شدن گاز در مايع (foaming)

3-1-3-2-1- عوامل ايجاد كننده پديده کفزایی

3-1-4- تجزيه و فساد محلول آمين

3-2- آلودگي هاي محلول آمين

3-2-1- هيدروكربن هاي محلول در آمين

3-2-2- مواد شيميايي تزريقي به محلول آمين

3-2-3- ذرات ريز معلق در محلول آمين

3-2-4- محصولات فساد و تجزيه آمين

3-2-4-1- تجزيه حرارتي

3-2-4-2- تجزيه شيميايي

3-2-4-2-1- واكنش هاي آمين ها با CO2

3-2-4-2-1-1- واكنش برگشت نا پذير MEA با CO2

3-2-4-2-1-2- واكنش برگشت ناپذير DEA با CO2

3-2-4-2-1-2-1- تاثير پارامترهاي مختلف در سرعت واكنشهاي تجزيه و فساد DEA ( )

3-2-4-2-1-2-1-1- تاثير دما

3-2-4-2- 1-2-1-2- تاثير غلظت اوليه DEA

3-2-4-2- 1-2-1-3- تأثير فشار و حلاليت CO2

3-2-4-2- 1-2-1-4- تأثير PH محلول

3-2-4-2-1-3- واكنش برگشت ناپذير DIPA با CO2

3-2-4-2-1-4- واكنش برگشت پذير DGA با CO2

3-2-4-2-1-5- واكنش هاي برگشت ناپذير MDEA با CO2 [16]

3-2-4-2-1-5-1- نقش پارامتر هاي مختلف در سرعت فساد و تجزيه MDEA (KMDEA)

3-2-4-2-1-5-1-1- تأثير دما

3-2-4-2-1-5-1-2- تأثير غلظت اوليه MDEA

3-2-4-2-1-5-1-3- تأثير فشار جزئي CO2

3-2-4-2- 2- واكنش هاي برگشت ناپذیر آمين ها با COS

3-2-4-2- 2-1- واكنش هاي برگشت ناپذير MEA با COS

3-2-4-2- 2-2- واكنش هاي برگشت ناپذير DEA با COS

3-2-5- نمك هاي آمين مقاوم حرارتي

فصل چهارم: خوردگی در واحد های فرآوری گاز

4-1- انواع خوردگي

4-1-1- خوردگي عمومي

4-1-2- خوردگي گالوانيكي

4-1-3- خوردگي شياري

4-1-4- خوردگي حفره اي

4-1-5- خوردگي سايشي

4-1-6- خوردگي تنشي

4-2- اثر گازهای اسیدی H2S و CO2 بر خوردگی

4-3- تاثير نمك هاي مقاوم حرارتي بر خورندگي محلول آمين

4-3-1- اثر غلظت آنيون هاي نمك مقاوم حرارتي بر خوردگي

4-3-2- اثر نمك سديم آنيون ها بر خوردگي

4-3-3- اثر دما بر خورندگي آنيون هاي نمك مقاوم حرارتي

4-3-4- اثر غلظت آنيون هاي نمك مقاوم حرارتي بر PH محلول آمين و تأثيرآن بر خوردگي

4-4- روش هاي جلوگيري از خوردگي در سيستم هاي آمين

فصل پنجم: روش های جداسازی آلودگی ها از محلول آمین

5-1- جداسازی هيدروكربن هاي محلول، مواد شیمیایی تزریقی و ذرات جامد معلق در محلول آمین

5-1-1- فیلتراسیون

5-1-1-1- فیلتر گاز ترش ورودی

5-1-1-2- پریکوت فیلتر

5-1-1-3- فیلتر کربن فعال

5-2- جداسازی نمک های مقاوم حرارتی و محصولات فساد و تجزیه آمین از محلول آمین

5-2-1- روش های احیاء موقت:

5-2-1-1- جايگزين كردن آمين كار كرده و آمين كار نكرده و تميز

5-2-1-2- خنثی سازی نمک های مقاوم حرارتی

5-2-2- روشهای احیاء کامل

5-2-2-1- تعویض بستر یونی

5-2-2-2- الکترودیالیز

5-2-2-3- روش احیاء حرارتی(تقطیر)

فهرست منابع

منابع و مأخذ:

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

2. Maddox, R.N. (1985). "Gas Conditioning and Processing". Third ed. Oklahoma.

3. مادوکس، رابرت. ان. ترجمه داریوش مولا، بیژن هنرور. فرآوری و آماده سازی گاز طبیعی: شیرین سازی گاز و مایع. جلد چهارم، 1385

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

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

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

7. مجموعه مقالات، سمینار کاربردی آمین در واحدهای شیرین سازی گاز. مشهد، 6-8 شهریور 1368

8. Haws, R. (2001). "Contaminat In Amine Gas Treating". CCR Technology Inc.

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

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

11. "MEA Reclaiming". CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

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

13. 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.

14. "DEA Reclaiming". CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

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

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

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

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

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

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

21. "Solvent Quality Guidelines". CCR Technologies Inc.Technical Bulletin.

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

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

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

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

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

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

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