عنوان پایان‌نامه
طراحی وشبیه سازی فرایند سیکلی جذب با موج فشار-خلاء جهت خالص سازی گاز طبیعی از مرکاپتان های سبک
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1573.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68067
- تاریخ دفاع
- ۲۹ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- زهرا توحیدی
- استاد راهنما
- شهره فاطمی
- چکیده
- فرایند جذب سطحی دینامیک با استفاده از روش جذب سطحی با موج فشار-خلأ در شرایط غیرهمدما و غیرآدیاباتیک جهت حذف مرکاپتان¬های سبک از گاز طبیعی به منظور تثبیت این آلاینده¬ها به مقدار مجاز کمتر از ppmv10 که توسط مقررات فنی تعیین شده است، شبیه سازی شده است. فرایند موردنظر یک مجموعه شامل شش ستون با دو لایه جاذب آلومینا و 13X است. خوراک ورودی که جریان خروجی از واحد رطوبت¬گیری گاز در فاز اول پارس جنوبی است، با دبی Nm3/hr2850 و ترکیب گاز متان، بخار آب، دی¬اکسید کربن¬، هیدروکربن¬های سنگین (C3+) و مرکاپتان در فشار 8/6 مگاپاسکال و دمای 303 درجه کلوین می¬باشد. در این پروژه مشخص شد که احیای بسترهای جذب به تنهایی بر اساس ایجاد خلاء نمی تواند بستر را کاملا تخلیه نماید بنابراین از حداقل گرمایش نیز استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان¬دهنده این امر است که شرایط احیاء تعیین شده که شامل ایجاد خلأ به مقدار 100 کیلوپاسکال و جریان شستشو با نسبت 06/0 از گاز محصول با دمای 350 درجه کلوین، می تواند به خوبی موجب جدا شدن مرکاپتان¬ها از جریان گاز گردد و پس از برقراری شرایط پایدار تناوبی بعد از 12 تناوب، مقدار مرکاپتان را از ppmv 134 به کمتر از ppmv 10 برساند. فرایند جذب سطحی با موج فشار-خلأ در دو حالت بدون همسان¬سازی فشار و با در¬نظر¬گرفتن همسان¬سازی فشار شبیه¬سازی شده¬است. نتایج نشان داده¬است که با استفاده از فرایند جذب سطحی با موج فشار-خلأ با همسان¬سازی فشار، می¬توان به مقدار 27/98 % بازیابی و [mol/(kg.day)] 94/3 کارایی فرایند دست یافت در حالیکه بازیابی و کارایی فرایند صنعتی به ترتیب 04/74% و [mol/(kg.day)] 79/2 می¬باشند. با انجام بررسی های بهینه سازی به منظور کمینه کردن هزینه¬های عملیاتی، بیشینه کردن درصد بازیابی و قرار گرفتن غلظت مرکاپتان در محدوده کمتر از ppmv 10، پارامتر¬های دبی خوراک، نسبت جریان شستشو به خوراک، فشار مرحله جذب و دفع و زمان سیکل مورد مطالعه قرار گرفتند و دو حالت بهینه با توجه به اغتشاشات محتمل فرایندی انتخاب شدند. هزینه های عملیاتی برای دو فرایند بهینه و فرایند صنعتی به ترتیب با مقادیر 078/0، 113/0 و 204/0 میلیون دلار در سال محاسبه شدند همچنین هزینه های ثابت با توجه قیمت¬های سال 2014 به ترتیب 055/10، 511/9 و 425/15 میلیون دلار برآورد شده اند.
- Abstract
- A dynamic adsorption process was proposed and designed on the basis of cyclic Vacuum Swing Adsorption (VSA) at non-isothermal and non-adiabatic conditions for mercaptan removal from natural gas (NG) to meet the environmental regulations and to recover natural gas with less than 10 ppm total mercaptans. The process includes six packed columns with two-layer bed consisting activated Alumina and 13X zeolite. The industrial inlet natural gas feed, with the pressure of 6.8 MPa and flow rate of 2850 Nm3/hr, was composed of methane, water vapor, carbon dioxide, mercaptan and heavier hydrocarbons (C3+). The results of simulation revealed that for the purpose of effective evacuation of the bed from sulfur in the regeneration step, a vacuum condition of 10 kPa with the molar purge/feed ratio of 0.06 and temperature of 350K is required. The results also revealed that at steady cyclic condition, mercaptan content of natural gas was reduced from 134 to less than 10 ppmv. A comparison also was made with an industrial Temperature Swing Adsorption (TSA) process working in South Pars region. The results pointed out that VSA could approach the same purity as TSA process. In addition, recovery and productivity of VSA were determined to be 98.27 % and 3.94[mol/(kg.day)], respectively while in TSA process, these values were 74.04 % and 2.79 [mol/(kg.day)], respectively. Optimization studies was made to minimize mercaptan content of natural gas, reduce operating cost and enhance process recovery with investigation of parameter influences such as feed mole fraction, purge/feed ratio, adsorption pressure, regeneration pressure and cycle time. Then two optimum cases were suggested in terms of possible process changes of feed flow rate. Finally, the economical comparison between the two mentioned optimum processes with industrial TSA process was made and the results showed that the operating and fixed cost for the so called optimum processes were significantly less than TSA process.
