پایان نامه با کلید واژگان حمل و نقل

هيدوركربني گاز، گزينش پذيري مورد نياز براي حذف گاز اسيدي، هزينه كل و هزينه عملكرد، مشخصه‌هاي محصول مايع، دفع محصولات جانبي با در نظر گرفتن مواد شيميايي خطرناك و تركيب دقيق گاز ورودي در انتخاب نوع فرآيند شيرين سازي گاز مهم و ضروري مي باشد. در اين قسمت انواع روش‌هاي جداسازي دي اكسيد كربن از مخلوط‌هاي گازي، شرايط عملياتي و كاربرد هر يك به اختصار معرفي شده‌اند.
2-1- جذب غشايي
در فرآيندهاي غشايي به واسطه خواص فيزيکي و شيميايي، برخي از مولکول هاي گازي سريعتر از غشاء عبور کرده و ديگر اجزا گاز قابليت عبور را نخواهند داشت. به طورکلي نفوذپذيري گازهاي مختلف به اندازه مولکول و ساختار غشا بستگي دارد. غشاهايي از جنس مواد غير آلي، فلزي و سراميكي پتانسيل بالايي در جداسازي گازها از خود نشان داده‌اند. اين روش حذف، در واحدهاي كوچك كه ميزان دي اكسيد كربن خروجي كم و غلظت آن در مخلوط گازي بالاي 15 درصد است داراي بيشترين كاربرد مي‌باشد. با توجه به اندازه کوچک و وزن سبک غشاها، آنها در کاربردهاي دريايي ميتوانند مورد استفاده قرار گيرند. از مزاياي اين روش مي‌توان به كوچكي دستگاه‌ها وتجهيزات عملياتي، عمليات آسان، نگهداري و بازسازي راحت، سازش پذيري، تنوع بالا و انرژي مورد نياز كم اشاره كرد. همچنين از معايب اين روش مي‌توان به هزينه بالاي برخي غشاها و در دسترس نبودن آنها اشاره نمود]9[.
2-2-تقطير در دماي پايين
از تقطير در دماي پايين زماني كه غلظت دي اكسيد كربن در خروجي فرآيند بالاي 50 درصد باشد استفاده مي‌كنند. در اين روش مخلوط گازي در ابتدا مايع شده و بعد جزء موردنظر كه معمولا دماي جوش آن نسبت به بقيه بالاتر است با استفاده از تقطير از مخلوط جدا شده، به اين طريق خالص مي‌گردد. اين روش قابليت توليد يک محصول با خلوص بالا براي حمل و نقل آسان دي اکسيدکربن را دارا ميباشد. اين روش به دليل بالا بودن هزينه‌هاي عملياتي در كشور ما مقرون به صرفه نميباشد]10[.
2-3-جذب سطحي توسط جامد
روش جذب روي سطوح جامد بر مبناي جذب فيزيكي بين اجزاي گاز و فضاهاي فعال بر روي سطح جامد انجام مي‌شود. اين روش در غلظت‌هاي بالاي 30 درصد دي اكسيد كربن راندمان بالاتري خواهد داشت. با اين حال هنوز در مقياس صنعتي مطرح نشده و در مرحله آزمايشگاهي مي‌باشد]11[. اين روش به مکانيسم هاي زير تقسيم ميشود:
2-3-1-جذب سطحي توسط جامد در دماي ثابت
در اين مکانيسم گاز در فشار بالا جذب و در فشار پائين دفع مي گردد، در حاليکه دما در طي فرآيند دفع و جذب ثابت مي ماند. دما در حدود 25 درجه سانتيگراد و فشار در بالاترين حد به psi 300 مي رسد. کربن اکتيو، غربال هاي مولکولي و زئوليت هاي طبيعي از انواع جاذب هايي هستند که معمولا براي جداسازي دي اکسيدکربن استفاده ميشوند. معمولا اين جاذب ها براي جداسازي دي اکسيدکربن از مخلوط گازهاي دي اکسيدکربن، نيتروزن، اکسيژن و هيدروژن در حضور رطوبت استفاده ميشوند. در اين روش عمل دفع به طور کامل صورت نميگيرد مگر اينکه فشار تا نزديکي خلا پايين آورده شود. از اين روش در محيط هاي بسته و فضاهاي کوچک مانند هواپيماها، زير دريايي ها و … استفاده مي شود.
2-3-2-جذب سطحي توسط جامد در فشار ثابت
برخلاف مکانيسم فوق در اين مکانيسم فشار در حين عمليات ثابت نگه داشته شده ولي دما در هنگام جذب پايين و در هنگام دفع گاز افزايش مييابد. معمولا عمليات جذب در دماي 30 درجه سانتيگراد و دفع در دماي 120 درجه سانتيگراد صورت ميگيرد. فشار برج جذب در حد اتمسفر نگه داشته ميشود. براي داشتن قدرت بالاي جذب معمولا سطوح جامد را به آمين آغشته ميکنند. اين مکانيسم براي غلظت هاي پايين قابل کاربرد بوده و هزينه عملياتي آن به مراتب از روش قبلي بيشتر مي باشد.
2-4-جذب توسط جامد همراه با واکنش شيميايي
از بين تمام جذب کننده هاي جامد که براي حذف دي اکسيدکربن به کار ميروند سيليکات منيزيم از کارايي بالايي برخوردار است. اين سيليکات ها طي واکنش هاي شيميايي کربن را به فرم جامد تبديل ميکنند. در حين فرآيند مقدار زيادي MgCO3 و مواد ديگر توليد ميشود که حذف اين مواد خود داراي مشکلاتي ميباشد. با توجه به منابع فراوان توليد ترکيبات منيزيمدار و هزينه پايين آنها اين روش معقول به نظر ميرسد. همچنين از معايب اين روش ميتوان به هزينه حمل و نقل بسيار بالا اين مواد اشاره کرد]12[.
2-5-جذب فيزيکي توسط حلال
در اين روش حذف دي اكسيدكربن يا انحلال پذيري به طور فيزيكي و بدون واكنش شيميايي توسط يك حلال جاذب انجام مي‌شود. از حلال‌هايي كه معمولا در اين روش استفاده مي‌شوند مي‌توان به دي متيل اتر از پلي اتيلن گليكول، متانول و كربنات پلي پروپيلن اشاره كرد. معمولا دفع دي اكسيد كربن جذب شده با كاهش فشار و افزايش دماي عملياتي انجام مي‌شود. انحلال‌پذيري در درجه اول به فشار جزيي گازهاي اسيدي و در درجه دوم به دما بستگي دارد.
فشار جزيي بالاتر گازهاي اسيدي و دماهاي پايين‌تر، انحلال پذيري سولفيد هيدروژن و دي اكسيدكربن در حلال را افزايش داده و در نتيجه اجزاي گاز اسيدي در جريان گاز را كاهش مي‌دهند. نقطه قوت اين فرآيندها آن است كه براي دفع گازهاي اسيدي نياز به حرارت نداشته يا مقدار حرارت مورد نياز اندك خواهد بود و لذا از نظر اقتصادي به صرفه خواهند بود. نقطه ضعف اي فرآيندها نيز آن است كه هيدروكربنهاي سنگين موجود در گاز توسط حلال جذب شده و به همراه گازهاي اسيدي دفع شده، به هدر ميرود.
روش جذب فيزيكي در غلظت‌هاي بالا و در محدوده بين 50-15 درصد دي اكسيد كربن داراي بيشترين راندمان است. معمولا حلالهاي فيزيكي قادر به جداسازي سولفيد كربونيل، مركاپتانها و دي سولفيد كربن نيز هستند]13[.
از ديگر نكات قابل ذكر در مورد اين حلالها غيرخورنده بودن و در نتيجه امكان استفاده از فولاد ضد زنگ در ساخت تجهيزات است. همچنين فشار بخار پايين آنها نيز موجب هدر رفت كمتر حلال مي‌شود. علاوه بر اين گزينش پذيري بالا براي گازهاي اسيدي نسبت به متان و هيدروژن و مونوكسيدكربن نيز از ديگر مزاياى اين حلالها است. شكل كلي فرآيندهاي جذب توسط حلالهاي فيزيكي به اينگونه است كه ابتدا حلال با گاز به طور ناهمسو در ستون جذب تماس يافته و حلال گازهاي اسيدي موجود در خوراك را جذب مي‌كند. ظرفيت جذب حلال در اين روش رابطه‌اي خطي با فشار جزئي دي اكسيد كربن در گاز دارد. شرايط حلال هاي فيزيکي براي فشار و غلظت هاي بالاي دي اکسيدکربن در گازهاي خروجي مناسب هستند. اين حلال ها بايد ظرفيت مناسبي را براي جذب دي اکسيدکربن در چند مرحله داشته و در کنار آن ساير مواد موجود در جريان گاز را جذب نکنند. از اين روش بيشتر در کارخانجات توليد آهن و استيل استفاده مي شود. در جدول 2-1 خواص فيزيكي حلال‌هاي مختلف جهت جذب دي اكسيد كربن با هم مقايسه شده است.
جدول2-1-مقايسه خواص فيزيکي حلال هاي مختلف
حلال
دماي جوش(C°)
فشار بخار (mm Hg)
دي متيل اتر
198
کمتر از 01/0
متانول
65
126
کربنات پلي پروپيلن
241
03/0
2-5-1-جذب توسط فرآيند رکتيسول
در اين فرآيند كه توسط شركت لورگى توسعه پيدا كرده است، از متانول به عنوان حلال استفاده مي شود. به علت فشار بخار بالاي متانول، مرحله جذب در دماي پايين (بين 30- تا 80- درجه سلسيوس) انجام ميگيرد كه اين عمل موجب جلوگيري از هدرروي بيشتر حلال ميشود. بزر گترين مزيت اين فرآيند آن است كه حلال مورد استفاده، گزينش پذيري بيشتري نسبت به سولفيد هيدروژن در حضور دي اكسيد كربن دارد و به علاوه توانايي جداسازي سولفيد كربونيل را نيز دارا است. از مهمترين معايب اين فرآيند مي توان به شكل پيچيده آن اشاره كرد كه نياز به سردسازي حلال نيز دارد. اين امر خود سبب افزايش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري و عملياتي مي‌شود. از اين فرآيند براي تصفيه گاز طبيعي، در توليد گاز طبيعى مايع شده و همچنين گازهاي سنتز استفاده مي‌شود و در جهان بيش از صد واحد از اين فرآيند موجود است]13[.
2-5-2-جذب توسط فرآيند سلکسول
در اين فرآيند از دي متيل اتر پلي اتيلن گليكول به عنوان حلال استفاده مي‌شود كه اين حلال نسبت به سولفيد هيدروژن، مركاپتانها، سولفيد كربونيل و ديگر تركيبات گوگردي گزينش پذير بوده و توانايى جداسازي تودهاي دي اكسيدكربن را دارا است. حلال اين فرآيند از لحاظ شيميايي و حرارتي پايدار است و فشار بخار كمي نيز دارد كه ميزان هدرروي حلال را محدود مي‌كند. همچنين اين فرآيند به گونهاى طراحى شده كه محصولات تشكيل شده در اين واحد فاسد يا ته نشين نمي‌شوند. استفاده از اين فرآيند زماني اقتصادي است كه فشار جزيي گازهاي اسيدي در خوراك بالا بوده و هيدروكربن‌هاي سنگين نيز در خوراك موجود نيست. البته اين فرآيند توانايي جداسازي گازهاي اسيدي تا مقدار مقرر براي خط لوله را ندارد. بيش از 55 واحد از اين فرآيند در جهان براي فرآوري گاز طبيعي و گاز سنتز موجود است]13[.
2-6-جذب شيميايي توسط حلال
در فرآيند جذب شيميايي دي اکسيدکربن با يک حلال جاذب واکنش داده و از مخلوط گازي حذف ميگردد. حلال هاي مورد استفاده در جذب شيميايي به دو دسته آلي و غير آلي تقسيم ميشوند. حلال هاي آلي به طور عمده شامل آمين ها و آمينواسيدها ميباشند. معمولا از آمين‌هاي نوع اول مانند مونواتانول آمين، نوع دوم مانند دي اتانول آمين و نوع سوم مانند متيل دي اتانول آمين استفاده مي‌كنند. البته مي‌توان براي بالا بردن كارايي انواع مختلف اين حلال‌ها آنها را با هم مخلوط كرد. حلال هاي غير آلي شامل مخلوطي از کربنات سديم يا پتاسيم با آمونياک مي باشند که در بين اين مواد کربنات پتاسيم بيشترين کاربرد را دارد. البته مي توان براي بالا بردن کارايي انواع مختلف اين حلال ها را با هم مخلوط کرد. ظرفيت جذب حلال در اين روش رابطهاي غير خطي با فشار جزيي دي اکسيدکربن در مخلوط گازي دارد. در اين روش عمل دفع با افزايش دما انجام ميشود. اين روش در غلظت هاي پايين و متوسط دياکسيدکربن يعني در رنج کمتر از 15 درصد به طوريکه فشار جزيي دي اکسيدکربن در مخلوط گازي بين 3-21 کيلو پاسکال باشد بر ساير روشها ترجيح داده ميشود]9[.
2-6-1-جذب توسط محلول آبي آلکانول آمين ها
با اولين كاربرد در سال 1930 توسط Bottoms براي شيرين سازي گاز، آلكانول‌ آمين‌ها به پركاربردترين حلال ها براي جذب گازهاي اسيدي از جريان هاي گاز طبيعي تبديل شدند. تري اتانول آمين نخستين بار براي شيرين سازي گاز به صورت تجاري مورد استفاده قرار گرفت. سپس در کاربردهاي متداول توسط مونواتانول آمين، دي اتانول آمين، دي ايزوپروپانول آمين، متيل دي اتانول آمين جايگزين شدند. فرآيندهاي آلکانول آمين مخصوصا وقتي کاربرد دارند که فشار جزيي گازهاي اسيدي پايين باشد يا ميزان موردنظر گازهاي اسيدي درگاز شيرين کم باشد. جريان کلي فرآيند يک واحد شيرين سازي گاز توسط آلکانول آمين در شکل 2-1 نشان داده شده است.
شکل2-1-واحد شيرين سازي گاز ترش
گاز طبيعي ترش وارد يک جدا کننده ورودي ميشود تا جامدات و مايعات آن جدا شود. پس از جدا کننده جريان گاز وارد پايين برج جذب شده و با محلول آمين که از بالا برج به پايين جريان دارد، در تماس قرار مي گيرد. اجزاء اسيدي موجود در گاز با آمين واکنش داده، توليد نمک هاي قابل احيا مينمايند. وقتي گاز در برج جذب بالا مي رود، گازهاي اسيدي بيشتري با آمين واکنش مي دهند. گاز شيرين شده از بالاي برج جذب خارج شده و وارد يک جدا کننده خروجي ميشود تا اگر محلولي با خود حمل کرده، جدا شود. آمين غني شده خروجي از برج جذب از يک مخزن تبخير ناگهاني عبور ميکند تا هيدروکربن

دیدگاهتان را بنویسید

Close Menu