مدل سازی جذب انتخابی گاز سولفید هیدروژن توسط محلول متیل دی اتانول آمین در برج جذب پرشده

یکی از فرایندهای اساسی در تصفیه گاز طبیعی جداسازی گازهای اسیدی می باشد.در طی این فرایند سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن و دیگر گازهای اسیدی در برج جذب به وسیله محلول آمین از گاز طبیعی جدا می شوند. نیاز ایمنی و زیست محیطی به سبب سمی بودن بسیار زیاد گاز سولفید هیدروژن و همچنبن جلوگیری از فرسودگی وخوردگی خط لوله و تجهیزات انتقال وتوزیع گاز ضرورت جدا سازی سولفید هیدروژن را نسبت به جداسازی دی اکسیدکربن وترکیبات گازهای اسیدی دو چندان می کند. با توجه به استانداردهای موجود در زمینه گاز شیرین، نباید مقدار سولفید هیدروژن در جریان گازی از (ppm) 3 تجاوز کند. در این طرح، یک مدل پایدار بر اساس انتقال جرم برای جذب انتخابی گاز سولفید هیدروژن در محلول متیل دی اتانول آمین در برج جذب پر شده ارائه می شود. این مدل قادر به پیش بینی توزیع غلظت اجزا گازهای نفوذ کننده و توزیع دما در فازهای گاز و مایع برای سیستم متیل دی اتانول آمین، گاز سولفید هیدروژن، دی اکسید کربن و بخار آب خواهد بود. برای پیش بینی توزیع غلظت گاز دی اکسید کربن از ثابت های سینتیکی درجه دوم واکنش میان این گاز و محلول متیل دی اتانول آمین استفاده می شود و از بین داده های موجود، بهترین ثابت با توجه به نتایج انتخاب می شود. در این مدل جهت دستیابی به غلظت بالای سولفید هیدروژن جهت تولید گوگرد در فاز های 4و5 پارس جنوبی، نقطه بیشینه فاکتور انتخاب پذیری را بدست می آوریم. همچنین در این مدل پارامترهای موثر از جمله مقاومت انتقال جرم, نمودارهای تعادلی و ثابت های هنری در بدست آوردن توزیع های یاد شده در طول برج جذب پرشده واحد شیرین سازی فازهای 4و5 مجتمع گاز پارس جنوبی بررسی می شوند. برای توصیف عملکرد برج جذب گازهای اسیدی توسط محلول متیل دی اتانول آمین و نحوه تغییر پارامترهای مختلف در طول برج جذب پر شده, مدل ریاضی این فرایند ارائه خواهد شد. به دلیل طبیعت فرایند جذب، مدل انتقال جرم برای سیستم گاز سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن و محلول متیل دی اتانول آمین در نظر گرفته می شود. فرضیه های مهمی که در این مدل در نظر گرفته می شوند عبارتند از: • شرایط حالت پایدار است. • جریانهای گاز و مایع در قسمت پر شده به صورت جریان قالبی می باشد. • از افت فشار و پراکندگی محوری در برج صرفنظر شده است. • برج به صورت آدیاباتیکی بررسی میشود. • سطح ویژه انتقال جرم و حرارت برای پر شده به صورت یکسان می باشد. • هر دو فاز گاز و مایع ایده آل فرض شده اند. • فرض تعادل شیمیایی در فاز مایع برای اجزای واکنش دهنده در توده برقرار است. معادلات حاصل از موازنه جرم و انرژی نشان دهنده چگونگی تغییرات متغیر هادر طول برج جذب می باشد. مجموعه معادلات باید با توجه به شرایط مرزی به طور همزمان از روشهای عددی حل می شود. شرایط مورد نیاز برای هر کدام از معادلات، مقادیر متغیر های مورد نظر در جریانهای خروجی و ورودی از برج جذب می باشد. . یک برنامه کامپیوتری به زبان مطلب جهت حل معادلات با شرایط مرزی به صورت عددی نوشته می شود. جهت پیش بینی صحت مدل، نتایج حاصل از این مدل با استفاده از داده های یک واحد نیمه صنتعی و همچنین با استفاده از داده های موجود برج جذب پر شده واحد شیرین سازی فازهای 4و5 مجتمع گاز پارس جنوبی مقایسه میشود. ب : پیشینه تحقیق : مطالعاتی که در زمینه مدل سازی انتقال جرم جذب گاز دی اکسید کربن و جذب همزمان گاز سولفید هیدروژن و گاز دی اکسید کربن توسط محلول متیل دی اتانول آمین در برج جذب و دفع پر شده انجام شده است، به 2 دسته تقسیم میشوند: 1- مدل سازی برج جذب پرشده با استفاده از تعمیم الگوریتم های برج تقطیر بر پایه انتقال جرم در نرم افزار اسپن پلاس 2- مدل سازی بر اساس اصول پن دایا 1-1 تعمیم الگوریتم برج تقطیر با استفاده از روش پاچیکو و همکارانش پاچیکو و همکارانش در سال 1998 مدل سازی جذب همزمان گاز سولفید هیدروژن وگاز دی اکسید کربن را با استفاده از تعمیم الگوریتم های برج تقطیر در محلول آمین انجام دادند. در این مدل از فاکتور افزاینده ضریب انتقال جرم و از معادله استفان- ماکسول و موازنه جرم و انرژی در کار خود بهره بردند، و از آن برای شبیه سازی برج جذب پرشده منظم استفاده کردند. 1-2 تعمیم الگوریتم برج تقطیر با استفاده از روش بولهار و همکارانش بولهار و همکارانش در سال 2003 الگوریتمی برای واحد شیرین سازی تدارک دیدند آنها در اصل کار پاچیکو در سال 1998 را دنبال کردند و مدل خود را برای فرآیند شیرین سازی با به کار بردن تئوری مدل انتقال جرم به نتایج خوبی رسیدند. . 2- مدل سازی با استفاده از اصول پن دایا مطالعات زیادی در ارتباط با جذب گاز دی اکسید کربن توسط محلول های آمین انجام شده است. در ارتباط با مدل سازی برج جذب آدیاباتیکی پر شده که از اصول انتقال جرم پیروی می کند، اولین کار مربوط به پن دایا در سال 1983 است. پن دایا با استفاده از موازنه انرژی و جرم و فرض ایده آل بودن فاز گاز و مایع و استفاده از فاکتور افزاینده ضریب انتقال جرم و حل معادلات با مقدار مرزی به روش پرتابی مدل سازی را انجام داد. حلال مورد استفاده در کارش مونو اتانل آمین بود و برای بررسی نتایج خود تطابقی با هیچ داده ای انجام نداد. تونتی واچ واسی کول و همکارانش در سال 1992 همان اصول پن دایا را بکار بردند و مدل سازی سیستم های مونو اتانول آمین وگاز دی اکسید کربن و هیدروکسید سدیم و دی اکسید کربن را انجام دادند. همچنین جهت مطابقت داده های مدل از یک واحد نیمه صنعتی استفاده کردند، و به نتایج خوبی دست یافتند. جاستین و همکارانش در سال 2006 مدل برج جذب پرشده را برای سیستم گاز دی اکسید کربن و محلول 2-آمینو-2-متیل-1-پروپانول انجام دادند. آنها در کارشان از فرض ایده آل بودن فاز مایع استفاده کردند و دلیل کارشان پیچیدگی حل معادلات جرم و انرژی می دانستند. آنها از یک مدل ساده برای محاسبه فشار جزیی تعادلی گاز دی اکسید کربن بر روی محلول آمین استفاده کردند. آنها از مدل ساده ترمودینامیکی، که از ترکیب ثابت تعادلی و هنری بدست می آمد استفاده کردند. در نتیجه با استفاده از یک واحد نیمه صنعتی نتایج خود را مطابقت دادند. و جواب های خوبی در این زمینه بدست آوردند.