EN |

Search
Close this search box.
Search
Close this search box.
Search
Close this search box.
Search
Close this search box.

فیلتراسیون در فرایند شیرین سازی گاز

فهرست مطالب

فهرست مطالب

خلاصه

گاز طبیعی همیشه سطح معینی از آلودگی خواهد داشت و قبل از استفاده باید الزامات کیفی دقیقی داشته باشد. این گاز بسته به آلاینده‌های موجود به دو دسته شیرین یا ترش طبقه‌بندی می‌شود. گاز شیرین دارای مشکلات کمتری است که برای فروش و حمل و نقل ترجیح داده می‌­شود، در حالی که گاز ترش باید وارد مراحل تصفیه و پالایش بیشتر شود. فرایند بر پایه آمین مقرون به صرفه‌ترین و پرکاربردترین فرآیند برای شیرین سازی گاز است. در فرایند تصفیه آمین آلاینده‌ها شامل مایعات گاز متراکم در ورودی و ذرات جامد و گرد و غبار می­‌توانند باعث اختلالات جدی در فرایند شوند، کارایی سیستم را کاهش دهند و باعث خوردگی، گرفتگی و انتقال حرارت ضعیف شوند. در چنین شرایطی، فیلترها به کاهش سطوح ذرات آلاینده در فرایند کمک می‌کنند تا کنترل فرآیند بهبود یابد، قابلیت­ شیرین سازی گاز بیشتر شود و عمر محلول آمین نیز افزایش یابد. در این مقاله، مراحل فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی برای برآورده کردن نیازهای حمل و نقل و بازار، روش‌ های مختلف و چرایی حذف آلاینده‌ها را بررسی می‌‌کنیم.

مقدمه

گاز طبیعی به دلیل انتشار کمتر دی اکسید کربن در هر کیلووات ساعت می‌­تواند انرژی پاک‌تری نسبت به سایر سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ و هیدروکربن‌های مایع ارائه دهد. تقاضا برای گاز طبیعی در دهه اخیر چشمگیر بوده است. در واقع گاز طبیعی یک قانون بزرگ در اقتصاد و توسعه جهانی اخیر است و مهم­‌ترین و محبوب‌­ترین سوخت فسیلی در عصر حاضر و آینده نیز می‌­باشد. با این حال، از آنجایی که گاز طبیعی در مخازن عمیق زیرزمینی وجود دارد، بنابراین ممکن است حاوی چندین جزء غیر هیدروکربنی مانند سولفید هیدروژن (H۲S) و دی اکسید کربن (CO۲) و ديگر گازهاي اسيدی مانند سولفيد کربني (COS)، مرکاپتان‌­ها (RSH) و دی سولفید کربن (CS۲) باشد. این ناخالصی­‌ها ترکیبات نامطلوبی هستند و مشکلات فنی متعددی از جمله خوردگی و آلودگی محیط را ایجاد می‌کنند. گاز طبیعی قبل از اینکه یک ماده اولیه یا سوخت باشد، باید چندین مرحله تصفیه را برای حذف آلاینده‌ها، هیدروکربن‌های سنگین و آب انجام دهد. سخت‌گیرانه‌ترین مقررات در فرآوری گاز طبیعی در مورد فرآیند شیرین ‌سازی اعمال می‌شود که هدف آن حذف تمام یا بخشی از گازهای اسیدی برای برآورده کردن کیفیت گاز برای مصرف کننده است. مقررات­‌های گاز، محتوای H۲S را حدود pmm 4 و CO۲ را حدود ۲% تا ۳% در جریان گاز طبیعی مجاز می‌­داند به طوری که ارزش حرارتی مورد نیاز را برآورده می‌کند. نیاز شدید برای حذف H۲S از سمیت و خورندگی آن ناشی می‌شود.

فراوری گاز طبیعی می‌­تواند بسته به سطوح کیفی خط لوله گاز خشک، دما، فشار و غلظت ترکیبات از نظر پیچیدگی متفاوت باشد. عملیات تصفیه و فراوری گاز طبیعی و سایر محصولات مرتبط شامل آبگیری با حذف بخار آب (که باعث تسریع در خوردگی در حضور H۲S می­‌شود)، شیرین سازی گاز اسیدی با حذف H۲S و CO۲ (هر دوگاز مضر هستند، به خصوص H۲S که در صورت سوزاندن سمی است و SO۲ و SO۳ تولید می‌کند که برای مصرف کننده آزار دهنده است. هر دو گاز در حضور آب خورنده هستند. هم چنین CO۲ ارزش گرمایی کمتری نسبت به گاز طبیعی دارد) و جداسازی و شکستن هیدروکربن­‌های مایع معروف به مایع گاز طبیعی (natural gas liquid) (برای خطوط لوله، انتقال دو فاز مایع وگاز یک مشکل جدی است).

شیرین کردن گاز فرایندی است که ناخالصی‌های اسیدی را حذف می‌کند. روش شیرین سازی می‌تواند شامل روش‌­های مختلف زیادی باشد اما همه این روش‌­ها یک ویژگی مشترک دارند و آن این است که همگی شامل یک فرایند فیزیکی یا شیمیایی برای جداسازی ترکیباتی از گاز طبیعی هستند تا آن را قابل فروش و قابل استفاده برای انسان کند.

فرآیند انتخاب شده برای شیرین کردن گاز ترش به شرایط کلی بستگی دارد:

  • غلظت H۲S و مرکاپتان در گاز ترش و حد مجاز H۲S در فروش گاز
  • حداکثر نرخ جریان
  • فشار ورودی گاز خام
  • نیاز یا عدم نیاز به بازیابی گوگرد
  • روش قابل قبول دفع مواد زائد
  • ملاحظات هزینه

روش‌­هایی که برای شیرین سازی گاز استفاده می‌شوند را می‌توان به سه روش زیر دسته بندی کرد:

  • روش جداسازی غشایی
  • روش جداسازی با استفاده از بستر جذب در فاز جامد
  • روش جداسازی با استفاده از بستر جذب در فاز مایع با استفاده از حلال­‌های فیزیکی، شیمیایی یا مخلوطی از هر دو

در صنعت گاز طبیعی استفاده از حلال­‌های شیمیایی مانند آمین‌ها به سایر موارد ترجیح داده می­‌شود. اما در گازهای سنتزی از همه روش‌­ها بهره می‌­برند. حلال‌های فیزیکی معمولی که در این صنعت مورد استفاده قرار می­‌گیرند عبارتند از DEPG (Selexol or Coastal AGR)، NMP or N-Methyl-2- Pyrrolidone (Purisol) و Methanol (Rectisol), Propylene Carbonate (Fluor Solvent). در حالت مخلوط نیز معمولا مخلوطی از ترکیبات آمینی و حلال فیزیکی به کار برده می­‌شود. به طور کلی هر روشی که بتواند میزان گوگرد و مشتقات آن را بیشتر کاهش دهد، به سایر روش­‌ها ترجیح داده می‌شود.

روش‌های مورد استفاده در فرایند شیرین سازی گاز

روش جداسازی غشایی

کربن دی اکسید معمولا در گاز طبیعی یافت می‌شود. جهت برآوردن الزامات خط لوله یا سایر الزامات خاص، جداسازی CO۲ ضروری است. غشاهای جداسازی CO۲ به طور گسترده برای کاربردهای حذف CO۲ مورد استفاده قرار گرفته‌اند و مزایای اضافی حذف H۲S و H۲O را نیز به همراه دارند.

حذف گاز اسیدی با روش غشایی، یک روش کم هزینه برای نرخ‌­های جریان گاز پایین است. غشاهای با گزینش پذیری بالای  (CO۲ / CH۴) برای دستیابی به بالاترین بازیابی هیدروکربن مورد نیاز است. در یک سیستم غشایی معمولی، گاز تغذیه شده ابتدا فیلتر می‌­شود تا هرگونه مایعات و ذرات معلق در هوا حذف شود. سپس گاز  حرارت داده شده و وارد فیلترهای غشایی می‌شود. CO۲ و همچنین H۲S و H۲O ترجیحاً از طریق غشاء نفوذ می‌­کنند. گاز غیر نفوذی، که عمدتا CH۴ است در فشار باقی می­‌ماند و گاز محصول است. شکل ۱ شماتیکی از سیستم حذف گاز ترش غشایی را نشان می­‌دهد. حذف H۲S تا ۱۰ ppm و حذف CO۲ تا ۲-۴٪ با استفاده از این فرآیند قابل دستیابی است.

شکل ۲ یک غشای جداسازی  CO۲در حال نصب را نشان می‌­دهد. تجهیزات مورد نیاز این روش عبارتند از:

  • فیلتر جریان گاز ورودی
  • هیتر گاز
  • جدا کننده غشایی
  • آنالیزور گاز
شکل ۱- دیاگرام سیستم حذف گاز ترش غشایی
شکل ۲- نصب غشای جداسازی گاز ترش

فناوری

هر طرح کاربردی دارای فرمول شیمیایی و فرایند تولید منحصر به فرد است. در قلب فناوری جداسازی غشایی از جریان گاز طبیعی، مواد غشایی پلیمری وجود دارد که امکان عبور سریع تنها یک گاز را فراهم می‌کند، در حالی که عبور گازهای دیگر را با اعمال گرادیان فشار در سراسر غشا به حداقل می­‌رساند.

مواد غشایی به شکل الیاف تو خالی تولید می‌شوند تا حداکثر سطح را برای پردازش سریع حجم بالای گاز (که اغلب مورد نیاز است) فراهم کنند. الیاف در ماژول­‌هایی با طول­‌ها و قطرهای مختلف بسته‌بندی می‌شوند تا نرخ جریان بسیار خاص و الزامات جداسازی را برآورده کنند. ماژول­‌های معمولی از نیم میلیون تا بیش از یک میلیون لیف در یک بسته دارند. شماتیک این نوع ماژول در شکل ۳ نشان داده شده است.

شکل ۳- شماتیک ماژول غشایی مورد استفاده در شیرین سازی گاز

 دو نوع پیکربندی ماژول در حال حاضر ارائه شده است:

  • Bore-Side Feed: اکثر قریب به اتفاق کاربردهای غشایی از یک پیکربندی Bore-Side Feed استفاده می‌کنند. در این فرایند گاز ورودی به سمت الیاف هدایت می‌شود و گاز حاصل از انتهای دیگر لیف خارج می­‌شود، جایی که می­‌توان آن را جمع‌آوری کرد یا برای کاربرد دیگری مورد استفاده قرار داد. ضایعات یا گازهای ناخواسته از دیواره لیف عبور می‌کند و از طریق یک درگاه جانبی از ماژول خارج می‌شوند، جایی که می‌توان آن‌­ها را جمع‌آوری کرد، منحرف کرد یا اجازه داد تا دوباره به اتمسفر تخلیه شود. این نوع ماژول غشایی در کاربردهایی استفاده می­‌شود که فشار تغذیه کمتر از ۵۰۰ psig (34 بار) باشد. این فناوری به صورت شماتیک در شکل ۴ نشان داده شده است.
شکل ۴- شماتیک غشای جداسازی گاز ترش با استفاده از فناوری Bore-Side Feed
  • Shell-Side Feed: ماژول‌های Shell-Side Feed بر اساس اصول مشابهی با ماژول‌های Bore-Side Feed عمل می‌کنند، به جز اینکه گاز یا هوای ورودی از طریق یک پورت جانبی روی پوسته بیرونی وارد ماژول می­‌شود و به آن اجازه می‌­دهد تا به بیرون الیاف جریان یابد. سپس گاز به صورتی انتخابی از دیواره الیاف نفوذ می‌­کند و به سمت مرکز لیف جریان می‌یابد، جایی که از بسته لیف از سمت دیگر ماژول خارج می­‌شود. گازی که به دیواره الیاف نفوذ نمی‌کند در امتداد الیاف جریان می‌­یابد، جایی که از یک صفحه جمع‌آوری در انتهای مخالف ماژول خارج می‌شود. این نوع ماژول برای کاربردهای فشار بالا ۱۲۰۰ psig (83 بار) و تقریباً منحصراً برای جداسازی هیدروکربنی مانند CO۲، CH۴، H۲ و غیره استفاده می­‌شود. شماتیک این فناوری در شکل ۵ نشان داده شده است.
شکل ۵- شماتیک غشای جداسازی گاز ترش با استفاده از فناوری Bore-Side Feed

روش جداسازی با استفاده از بستر جذب در فاز جامد

این روش از مواد جامد سنتز شده در یک بستر خشک برای از بین بردن ناخالصی­‌های گاز استفاده می­‌کند. ساختار کریستالی این مواد، یک ماده جامد بسیار متخلخل با اندازه منافذ تقریبا یکسان ایجاد می‌کند. در داخل این منافذ، ساختار کریستالی با ایجاد بار قطبی موضعی، مکان­‌های فعال ایجاد می‌­کنند. مولکول­‌های قطبی گاز مانند H۲S و آب به محض ورود به این منافذ پیوندهای یونی ضعیفی را در محل­‌های فعال تشکیل می‌دهند و مولکول ­های غیر قطبی به سایت‌های فعال متصل نخواهند شد. بنابراین این بسترهای جامد، واحدهای غربال مولکولی را ایجاد کرده و گاز را شیرین می‌کنند.

غربال‌های مولکولی با اندازه‌های مختلف منافذ موجود هستند. غربال مولکولی باید با اندازه منافذی انتخاب شود که H۲S و آب را جذب کند و از عبور هیدروکربن‌­های سنگین جلوگیری کند. CO۲ غیر قطبی است و به همین دلیل به مکان‌­های فعال متصل نمی‌شود و وارد منافذ می‌­شود. شماتیک این فرایند در شکل ۶ نشان داده شده است.

به طور خاص ، در مورد فناوری‌های مبتنی بر جذب فیزیکی، کربن فعال به عنوان شایع­‌ترین جاذب موجود شناخته می‌­شود اما ظرفیت حذف گوگرد بسیار کمی دارد. ظرفیت جذب را می‌توان با آغشته کردن کربن فعال به فلزات افزایش داد و در نتیجه جاذب‌های کامپوزیتی ایجاد کرد که در آن فلز به شکل نانوذرات اکسیدی وجود دارد. ذراتی حاوی فلزات مختلف، از جمله کلسیم، آهن و منگنز، ظرفیت حذف گوگرد مشابهی با مواد کربن فعال کامپوزیتی دارند. جالب است بدانید این مواد قابلیت سنتز از مواد بازیافتی دارند.

شکل ۶- شماتیک فرایند جداسازی گاز ترش با استفاده از بستر جامد

روش جداسازی با استفاده از بستر جذب در فاز مایع

فرایند جذب شیمیایی یه یک فرایند معمول در صنایع شیمیایی است که در آن جزء گاز توسط یک فاز مایع در یک برج حذف می­‌شود. برج‌های پیوسته و بسته دو نوع ستون هستند که در در مقیاس آزمایشی و صنعتی کاربرد دارند. دو فاز مایع و گاز می‌توانند در یک جهت یا در دو جهت مخالف با یکدیگر تماس داده شوند. تقریبا در بیشتر موارد از روش تماس مخالف استفاده می‌­شود. شرایط عملیاتی در تخمین راندمان فرآیند موثر است. سولفید هیدروژن به عنوان یک آلاینده سمی ­می‌تواند توسط حلال‌هایی خاصی حذف شود. با این حال، حلال آمین به‌عنوان موفق‌­ترین و متداول‌­ترین حلال در حوزه صنعت شیرین سازی گاز محسوب می‌شود.

ملاحظات هزینه

فرایند انتخاب شده باید در برآوردن مشخصات و الزامات مختلف مقرون به صرفه باشد. در سراسر جهان، مقررات، عموماً شعله­ ور شدن H۲S را محدود می‌­کنند. شیرین کردن جریان‌های گاز حاوی غلظت‌های بسیار کم H۲S بسته به شرایط عمومی می‌تواند به روش‌­های مختلفی انجام شود. اگر جریان گاز ترش حاوی بیش از ۷۰ تا ۱۰۰ پوند گوگرد در روز به شکل H۲S در گاز ورودی باشد، معمولاً یک حلال شیمیایی احیاکننده برای شیرین کردن جریان گاز ترش انتخاب می‌شود. برای گاز ترش با محتوای بسیار کم H۲S، معمولاً از یک ماده شیمیایی شکار کننده استفاده می‌شود. در چنین مواردی، ماده شیمیایی مصرف می­‌شود و روش دفع نهایی ماده شیمیایی مصرف شده مورد توجه است.

فرایند بر پایه آمین مقرون به صرفه‌ترین و پرکاربردترین فرآیند برای شیرین سازی گاز است. با این حال، برای دبی‌های کوچک ‌تر، می‌توان از جاذب‌های غشایی یا بسترهای جامد نیز استفاده کرد.

فرایند شیرین سازی آمین

فرآیند شیرین سازی گاز آمین ممکن است محبوب­‌ترین فرآیند در زمینه صنعت گاز در نظر گرفته شود. در واقع، در این فرآیند از محلول آلکانامین (alkanamine) به عنوان یک حلال شیمیایی برای حذف گازهای اسیدی از جریان گاز طبیعی استفاده می‌شود. علاوه‌­بر آلکانامین که میل ترکیبی بالایی نسبت به گازهای اسیدی دارد، انواع مختلفی از آمین‌ها وجود دارد که در فرآیند آمین استفاده می‌شوند، مانند مونو اتانول آمین (monoethanolamine) (MEA). ولی از دهه ۱۹۷۰، به علت معايبی که مونو اتانول آمين داشت مانند خوردگی و هدر رفت حلال، دی متیل آمین (dimethylamine) (DMA) جایگزین آن شد. از اواسط دهه ۱۹۷۰ و بخصوص در دو دهه اخير متيل دی اتانول آمين (MDEA) به خاطر مزايايی مانند توانايی جداسازی گزينش ­پذير سولفيد هيدروژن در حضور دی اکسيد کربن، پايداری بالا و مصرف انرژی پايين برای بازيافت حلال کاربرد وسيعی در صنعت گاز پيدا کرده است.  فرآیند آمین شامل چندین واحد عملیاتی به عنوان مثال، برج کنتاکتور، برج احیا کننده و مبدل حرارتی است. شکل ۷ فرایند ساده شده آمین را به صورت شماتیک نشان می‌­دهد.

شکل ۷- نمودار ساده شده یک واحد آمین

واکنش شیمیایی آمین­‌ها با H۲S و CO۲ در زیر آورده شده است:

۲RNH۲ + H۲S    =  (RNH۳)۲S

۲RNH۲ + CO۲   =    RNHCOONH۳R *R = mono, di, tri-Ethanol

که در آن:

  • R = mono, di, or tri-ethanol
  • N = nitrogen
  • H = hydrogen
  • S = sulfur

شرح فرایند پایه آمین

  • گاز ترش به برج کنتاکتور وارد شده و از داخل حلال آمین که به سمت پایین جریان دارد، به سمت بالا می­‌رود.
  • گاز تصفیه شده از بالای برج جریان می­‌یابد.
  • محلول آمین، در حالی که گازهای اسیدی جذب شده را با خود حمل می‌­کند و به مبدل حرارتی وارد می‌شود، از برج خارج می‌شود و به این محلول آمین غنی گفته می‌­شود.
  • آمین غنی در مبدل حرارتی توسط جریان خالص آمینی که داغ است گرم می‌شود.
  • آمین غنی همچنین در ستون بازیابی توسط گرمای حاصل از ریبویلر، بیشتر گرم می‌­شود. در این ستون آب و گازهای اسیدی از جریان حلال جدا می‌شوند.
  • بخار و گازهای اسیدی جدا شده در مرحله قبل به یک کندانسور وارد شده و در آنجا سرد می‌شوند.
  • بخار و گازهای اسیدی نیز از یکدیگر جدا می‌­شوند، جریان بخار به ستون برگردانده شده و گازهای اسیدی نیز بر حسب نیاز یا سوزانده می­‌شوند و یا به سیستم بازیابی گوگرد فرستاده می‌شوند.
  • جریان آمین تصفیه شده نیز ابتدا خنک شده و سپس به برج کنتاکتور اولیه وارد می‌شود تا چرخه کامل شود.
  • منابع گرمای مختلفی می‌توانند برای ریبویلر مورد استفاده قرار بگیرند که عبارتند از شعله مستقیم، روغن داغ و سیستم­‌های بخار.

مشکلات فرایند شیرین سازی آمین و راه حل آن­‌ها با استفاده از فیلتراسیون

آلاینده‌ها شامل مایعات گاز متراکم در ورودی و ذرات جامد و گرد و غبار می‌توانند باعث اختلالات جدی در فرایند شوند و قابلیت شیرین سازی گاز را کاهش دهند. ذرات جامدی که وارد واحدهای آمین می‌شوند می­‌توانند شامل موارد زیر باشند:

  • رسوب لوله، زنگ زدگی و سولفید آهن
  • رسوب نمک حاصل از فرایند شیرین سازی
  • رسوب مواد معدنی از makeup water
  • ذرات زغال از فیلترهای کربنی

این ذرات جامد می­‌توانند مشکلات مختلفی را در واحدهای آمین ایجاد کنند از جمله:

  • Contactor Plugging – جامداتی که روی سینی‌های کنتاکتور رسوب می‌کنند می‌توانند درپوش‌های حباب را روی سینی‌ها مسدود کنند و در نتیجه سرعت گاز بالاتری در سینی‌ها ایجاد می‌شود. سرعت­‌های بالاتر تمایل آمین به کف کردن را افزایش می‌دهد و اجازه نمی‌دهد که گاز در سینی‌­های بعدی با آمین تماس کامل پیدا کند. اگر تماس کافی در سینی­‌ها از دست برود، جذب ناکارآمد انجام می­‌شود و گاز خارج از استاندارد (با غلظت CO۲ و/یا H۲S که بیش از مشخصات تعیین شده است) از کنتاکتور خارج می‌شود. رسوب جامدات بر روی سینی‌ها همچنین اختلاف فشار را افزایش می‌دهد که منجر به انتقال آمین و در نهایت نیاز خاموش شدن سیستم جهت تعمیر و نگهداری و تمیز کردن سینی‌ها وجود دارد.
  • Heat Exchanger / Reboiler Fouling – جامدات ته نشین شده روی سطوح لوله­‌های مبدل حرارتی و بویلر باعث انتقال حرارت ضعیف و در نتیجه بازیابی بی اثر محلول آمین می‌شود. زمانی که لوله‌های بویلر رسوب می‌کنند و بازیابی غیر ‌موثر اتفاق می‌افتد، اپراتورها معمولاً حرارت را افزایش می‌دهند تا فرآیند بازیابی را بهبود ببخشند، که به نوبه خود منجر به مصرف انرژی بیشتر می‌شود. لوله‌های ریبویلر به طور یکنواخت توسط مواد جامد رسوب شده پوشش داده نمی‌شوند و گرمای اضافی ایجاد شده در ریبویلر باعث ایجاد “نقاط داغ” می‌­شود. این نقاط داغ یا نقاطی روی لوله‌ها که در آن­ها دماهای بالا وجود دارد، مکان‌‌هایی هستند که تخریب سریع محلول آمین ممکن است رخ دهد. با وقوع تخریب آمین، نرخ خوردگی افزایش می‌­یابد و تمایل آمین به کف کردن افزایش می‌یابد. در نتیجه، نرخ انتقال آمین افزایش می‌یابد، هزینه‌های نگهداری برای تمیز کردن مبدل‌ها به سیستم تحمیل می‌شود و با خاموش شدن سیستم برای انجام تعمیرات لازم، از دست رفتن سود رخ می‌دهد.
  • Carbon Bed Fouling – آلاینده‌های وارد شده به بستر کربن، اختلاف فشار را در سراسر بستر افزایش می‌دهند، دسترسی به مکان‌های فعال کربن را مسدود می ‌کنند و تمایل آمین به “کانال زنی” از طریق بستر را افزایش می‌دهند. نتیجه این اتفاق کاهش ظرفیت جذب است که منجر به بازسازی مکرر بستر کربن یا در بدترین حالت، جایگزینی زودرس بستر کربن که گران قیمت نیز هست می‌شود.
  • Foaming – جامدات موجود در آمین با افزایش ویسکوزیته سطح آمین باعث تثبیت کف می­‌شوند و از طرف دیگر این ذرات منجر به سخت‌­تر شدن شکستن حباب­‌های کف ایجاد شده می‌شوند. همانطور که قبلاً توضیح داده شد، اگر کف به اندازه کافی پایدار باشد که از تماس کامل در سینی بعدی جلوگیری کند، جذب ناکارآمد می‌تواند رخ دهد و منجر به خروج گاز بدون تصفیه کافی از کنتاکتور می‌­شود. علاوه‌بر این، کف کردن منجر به نرخ انتقال آمین بالا و در نتیجه هزینه‌های جایگزینی آمین می‌شود.

راه حل:

نصب و راه‌اندازی یک سیستم فیلتراسیون مناسب، یکی از اجزای کلیدی تمام سیستم­‌های آمینی است. هرچه آمین تمیزتر باشد، سیستم آمین بهتر عمل می­‌کند. ثابت شده است که فیلتراسیون موثرترین و تنها سیستم حفاظتی برای حذف آلاینده‌هایی مانند جامدات، هیدروکربن‌های مایع و نمک­‌های پایدار در برابر حرارت است. فرایند فیلتراسیون راه حل­‌های مهندسی شده بهینه‌­ای را برای موارد زیر ارائه می‌­دهد:

  • به حداقل رساندن کف آمین
  • کاهش مصرف مواد شیمیایی و آمین
  • کاهش مشکلات ناشی از رسوب در طی فرایند
  • حفاظت از بسترهای کربنی و افزایش طول عمر آن‌ها
  • جلوگیری از انتقال کربن
  • حفاظت از تجهیزات و کاهش مشکلات ناشی از خوردگی
  • بهبود بهره‌وری تولید و عملیات
  • کاهش اختلالات فرایند و زمان خرابی
  • هزینه‌های نگهداری کمتر

اگر این سیستم‌های فیلتراسیون به درستی طراحی نشوند و یا برنامه کاری صحیحی را ارئه نکنند، واحدهای آمین به طور مرتب از مشکلات ناکارآمدی متعددی مانند هزینه‌های عملیاتی بالا، راندمان جداسازی H۲S/CO۲ پایین، تلفات آمین و هزینه‌های نگهداری بیش از حد رنج می‌برند.

طراحی فرایند فیلتراسیون

یک سیستم فیلتراسیون در شکل ۸ نشان داده شده است. در ابتدا، فیلتراسیون دو مرحله‌‌ای در جریان گاز طبیعی ورودی قبل از ورود به کنتاکتور، مایعات و جامدات حجیم را قبل از ورود به فرآیند شیرین‌سازی آمین از بین می‌برد و احتمال کف کردن آمین را کاهش می‌دهد. فیلتر (۱) با کارکرد دوگانه ذرات جامد و ذرات مایعات را از جریان گاز خارج می‌کند، حذف می‌کند. یک فیلتر (۲) باید در پایین دست flash tank قرار داده شود تا با حذف آمین، آب و هیدروکربن­‌های سنگین، کیفیت گاز سوخت را حفظ کرده و از تجهیزات پایین دستی محافظت کند. برای این فیلتر برای هر بار تعویض المنت، محفظه فیلتر باید کاملا با آب شسته شود تا هرگونه باقیمانده گاز سولفید هیدروژن از بین برود. فیلترهایی باید در بالادست فیلتر کربن قرار داه شود تا از رسوب در بستر جلوگیری شود (۳ و ۶) و پس از آن بستر کربن (۴ و ۷) قرار دارد. هم چنین در پایین دست بستر کربن، یک فیلتر ذرات (۵ و ۸) با به دام انداختن ذرات کربنی که ممکن است از بستر به جریان آمین منتقل شود،  از ورود آن‌ها به جریان آمین جلوگیری می‌کند و پس از آن فیلتر کربن (۶ و ۹) قرار دارد. جهت حذف آمین حل شده یک فیلتر پس از Reflex Drum و جهت حذف آب، آمین و هیدروکربن‌های مایع یک فیلتر در قسمت sweet gas تعبیه شده است. در مورد فیلترهایی که در سمت خنک فرایند قرار دارند، امکان استفاده از فیلترهای پلی پروپیلن نیز وجود دارد.

شکل ۸- سیستم فیلتراسیون پیشنهادی (Jonell Sustems)

اطلاعات این سیستم پیشنهادی در جدول ۱خلاصه شده است.

جدول ۱- موقعیت و کاربرد فیلترهای مورد استفاده در سیستم پیشنهادی

نتیجه گیری

حذف موثر و کارآمد H۲S، CO۲ و سایر آلاینده‌ها از جریان‌های گاز یک مسئله کلیدی در صنعت نفت و گاز است. این معمولاً با شستشوی مرطوب با استفاده از یک آلکانول آمین اختصاصی (به عنوان مثالMEA ،MDEA ،DMA ) برای “شیرین کردن” گاز ترش به دست می‌­آید. در طی فرایند شیرین سازی گاز ترش، آلاینده­‌های جامد و مایع باعث خوردگی و مهم‌تر از آن، کف و رسوب می‌شود. به منظور از بین بردن این مسائل، فیلترها اغلب در قسمت­های مختلف نصب می­‌شوند تا آلاینده‌­ها را حذف کنند. فیلتراسیون یکی از مؤلفه­‌های اساسی فرآیند شیرین سازی گاز است. فیلتراسیون محافظت از تجهیزات، افزایش کارآیی فرآیند، تضمین کیفیت محصول و حفظ ایمنی و استانداردهای زیست محیطی را تضمین می‌­کند و در نهایت منجر به مزایای اقتصادی می­‌شود.

مراجع

[۱] Abdulrahman, R. K., and I. M. Sebastine. “Natural gas sweetening process simulation and optimization: A case study of Khurmala field in Iraqi Kurdistan region.” Journal of Natural Gas Science and Engineering 14 (2013): 116-120.

[۲] https://gsmblog-us.fujifilm.com/blog/what-is-natural-gas-sweetening/

 [۳] https://petrowiki.spe.org/Sour_gas_sweetening#Cost_considerations    

[۴] https://www.generon.com/product/carbon-dioxide-co2-separation/

[۵] https://www.mbkchemical.com/sure-gas-sweetening/

[۶] https://www.parker.com/us/en/divisions/industrial-gas-filtration-and-generation-division/industries/oil-and-gas/amine-sweeteing.html

[۷] https://www.jonellsystems.com/industries/oil-gas/amine-sweetening/

[۸] https://multimedia.3m.com/mws/media/1101594O/tab-filter-media-selection-in-aimine-gas-sweetening-systems.pdf

[۹] Liu, Lu, Qi Wu, Shunli Wang, Wei Lai, Peijun Zheng, Can Wang, Xin Wei, and Shuangjiang Luo. “Highly Selective and Hydrocarbon-Resistant Polyimide Hollow Fiber Membranes for Helium Recovery from Natural Gas.” Industrial & Engineering Chemistry Research 62, no. 1 (2022): 708-716.

[۱۰] Sadegh-Vaziri, Ramiar, and Matthaus U. Babler. “Removal of hydrogen sulfide with metal oxides in packed bed reactors—a review from a modeling perspective with practical implications.” Applied Sciences 9, no. 24 (2019): 5316.

[۱۱] Pudi, Abhimanyu, Mohsen Rezaei, Virginia Signorini, Martin Peter Andersson, Marco Giacinti Baschetti, and Seyed Soheil Mansouri. “Hydrogen sulfide capture and removal technologies: A comprehensive review of recent developments and emerging trends.” Separation and Purification Technology 298 (2022): 121448.

[۱۲] Farahbod, Farshad. “Investigation of gas sweetening by nanofluid in isothermal tower with consideration of thermodynamic equilibrium; experimentally and theoretically.” Separation and Purification Technology 211 (2019): 799-808.

[۱۳] http://www.oilngasprocess.com/category/gas-production-facility/acid-gas-treating/gas-sweetening-processes/solid-bed-absorption.

[۱۴] https://blog.wika.us/products/temperature-products/wika-chevron-partnership-maximizing-amine-contactor-efficiency/?doing_wp_cron=1719060224.4759540557861328125000

نویسنده: امین فروزان

FavoriteLoadingذخیره پست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

9 − 1 =

Previous slide
Next slide