شبیه سازی و مقایسه اقتصادی تکنولوژی های رقیب در بازیافت هیدروژن off-gas پالایشگاه تهران

هیدروژن گاز با ارزشی در صنعت و پالایشگاه به شمار می رود به طوری که امروزه بیش از گذشته، به احداث واحد های جدید برای تولید آن، نیاز می باشد. بازیابی هیدروژن از جریان off-gas پالایشگاه یکی از ارزان ترین روش های تولید هیدروژن به شمار می رود. این جریان علاوه بر هیدروژن حاوی گاز های متان، اتان، پروپان، بوتان، پنتان و هگزان می باشد. از این رو به یک فرآیند جداسازی جهت حذف ناخالصی ها از این جریان، نیاز می باشد. فرآیند های psa ، غشای پلیمری و جذب با حلال، سه فرآیند معمول برای خالص سازی هیدروژن به حساب می آیند. در فرآیند psa، جریان حاوی هیدروژن با عبور از دو جاذب سیلیکاژل و کربن فعال خالص می شود. در فرآیند غشایی هیدروژن با عبور از غشای پلی ایمیدی خالص می گردد و در فرآیند جذب توسط برج سینی دار، ناخالصی ها تحت شرایط دمایی زیر صفر درجه و فشار خوراک، جذب حلال مایع می شوند در نتیجه هیدروژن خالص به دست می آید. در این تحقیق، بازیابی هیدروژن از off-gas پالایشگاه تهران با استفاده از شبیه سازی فرآیند های psa و جذب با حلال و همچنین مدل سازی و شبیه سازی فرآیند غشای پلیمری، مطالعه شده است. برای شبیه سازی فرآیند psa از نرم افزار aspen adsorption استفاده شد. نتایج نشان داد که در فرآیند psa محصول هیدروژن با خلوص 99/4 درصد و بازیافت هیدروژن 78/9 درصد به دست آمد. در این فرآیند پروفایل خلوص اجزای مختلف در طول بستر جذب مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه، اثر فشار جذب روی خلوص هیدروژن و بازیافت محصول مورد بررسی قرار گرفته است. برای شبیه سازی فرآیند غشایی از نرم افزار acm استفاده شد. با استفاده از شبیه سازی یک مرحله غشای پلی ایمیدی، جریان محصول با خلوص هیدروژن 98/3 درصد و مقدار بازیافت 95 درصد به دست آمد. همچنین پروفایل دبی و جزء مولی در دو سمت تراوا و ناتراوا بررسی شد. سپس اثر فشار خوراک و تراوا و مساحت غشا روی خلوص و مقدار بازیافت هیدروژن تولیدی مطالعه شد. برای شبیه سازی فرآیند جذب با حلال از نرم افزار aspen hysys استفاده شد. در شبیه سازی فرآیند جذب با حلال، از بنزین به عنوان حلال استفاده شده است و محصول هیدروژن با خلوص 95 درصد و مقدار بازیافت 94/2 درصد به دست آمد. همچنین اثر دبی حلال، دما و فشار فرآیند جذب، بر روی خلوص و مقدار بازیافت هیدروژن تولیدی مورد مطالعه قرار گرفت. در نهایت این سه فرآیند به صورت اقتصادی مقایسه شده اند. نتایج اقتصادی نشان می دهد که فرآیند psa با هزینه جداسازی 1/26 دلار به ازای یک کیلوگرم هیدروژن تولیدی از دو فرآیند دیگر اقتصادی تر است. آنالیز حساسیت نشان داد که نرخ کاهش هزینه ها بر حسب تابعی از دبی خوراک، در فرآیند psa بیشتر از دو فرآیند دیگر بوده است. به عبارت دیگر هزینه فرآیند psa حساسیت بیشتری به تغییر دبی داشته است.