مدل سازی و شبیه سازی واحد نم زدایی از گاز طبیعی با استفاده از غربال مولکولی

در پالایش گاز طبیعی، نم زدایی یکی از فرآیندهای مهم می باشد و به همین منظور روش های بسیاری برای نم زدایی وجود دارد، اما امروزه استفاده از روش جذب سطحی به عنوان یک فرآیند مناسب در نم زدایی از گاز طبیعی رو به گسترش است. در این رساله، مدل سازی و شبیه سازی جذب سطحی بستر نم زدایی از گاز طبیعی بر روی غربال مولکولی 3a و 5a انجام شده است. این فرآیند هم اکنون در پالایشگاه سوم پارس جنوبی مورد استفاده قرار می گیرد وغربال مولکولی مورد استفاده در این واحد 5a می باشد که مشکل آن جذب همزمان مرکاپتان است. در مدل سازی فرآیند جذب سطحی در بستر ، با در نظر گرفتن مدل پراکندگی محوری برای رژیم جریان گاز در بستر، معادلات موازنه جرم استخراج شده است. در این مدل برای غربال مولکولی 5a جذب آب و مرکاپتان با هم و برای غربال مولکولی 3a فقط جذب آب در نظر گرفته شده، چون مرکاپتان جذب این نوع غربال مولکولی نمی شود. برای هریک از اجزاء قابل جذب در بستر، یک معادله انتقال جرم جزئی و معادله موازنه جرم کلی برای سیستم نوشته شده است. رابطه بین غلظت فاز جامد و سیال نیز با مدل نیرو محرکه خطی تقریب زده شده است. برای برقراری ارتباط بین داده های تعادلی گاز-جامد از مدل لانگمویر و برای محاسبه افت فشار در بستر معادله ارگان استفاده شده است. شبیه سازی به صورت همدما انجام گرفته شده است. برای به دست آوردن تغییرات غلظت هر یک از اجزاء و تغییرات فشار، معادلات فوق الذکر بایستی در هر نقطه از بستر حل شوند. برای حل از روش عددی تفاضلات محدود استفاده شده که با حل همزمان این معادلات پروفایل تغییرات غلظت وفشار حاصل شده است. برای بررسی صحت شبیه سازی، نتایج مدل با داده های عملی واحد نم زدایی مقایسه شد که برای غربال مولکولی نوع 5a خطا برابر با36/2 % بود که نشان دهنده تطابق نزدیک مدل با داده های عملیاتی است. مقایسه نتایج دو نوع غربال مولکولی در شرایط عملیاتی نشان دهنده این است که غربال مولکولی 5a اگرچه تا حدودی میزان جذب بیشتری از غربال مولکولی 3a دارد ولی به علت جذب همزمان مرکاپتان برای نم زدایی مناسب نیست و بهتر است از غربال مولکولی 3a در این فرآیند استفاده شود. سپس برای مقایسه تاثیر پارامترهای مهم عملیاتی بر عملکرد سیستم، برای هر یک از غربال مولکولی ها 9 مورد مطالعاتی در نظر گرفته شد که با مقایسه نتایج ملاحظه می شود که تاثیر دما و فشار بر میزان جذب آب ناچیز است ولی با افزایش ارتفاعی از بستر که اندازه غربال مولکولی بزرگتری دارد، مخصوصا در حالتی که کل بستر با غربال مولکولی بزرگتر پر شده است میزان جذب به شدت کاهش می یابد مثلا برای غربال مولکولی 5a وقتی کل بستر با ذرات 6/1 میلیمتری پر شده است درصد اشباع 28/75 است و وقتی که بستر با ذرات 2/3 میلیمتری پر شده است درصد اشباع به 92/12 می رسد.