طراحی و شبیه‌سازی ستون‌های نم‌زدایی پالایشگاه گاز خانگیران

چکیده:

گاز طبیعی یک منبع مهم انرژی است که تحت شرایط تولید طبیعی از بخار آب اشباع می‌‌شود. بخار آب خورندگی گاز طبیعی را افزایش می‌دهد، بخصوص وقتی گازهای اسیدی نیز در آن وجود داشته باشد. روش‌های گوناگونی جهت خشک کردن گاز طبیعی می‌تواند استفاده شود.

مقدمه

گاز طبیعی با توجه به نوع مخازنی که از آن تولید می‌شود، ممکن است اجزای ناخواسته گوگردی خصوصاً H2S و بخار آب را به همراه داشته باشد. ترکیبات سمی گودگردی بخصوص H2S طی عملیات تصفیه از گاز جدا می‌گردد. بخار آب نیز طی عملیات نم‌زدایی از گاز جدا می‌شود. آب مایع و یا بخار آب به دلایل عمده زیر باید از گاز طبیعی جدا شوند:

جلوگیری از تشکیل هیدرات‌ها در خطوط انتقال؛

رسیدن به نقطه شینم موردنظر جهت فروش؛

جلوگیری از خوردگی داخل لوله‌ها.

عمل نم‌زدایی در پالایشگاهع گاز خانگیران توسط ستون‌های حاوی جاذب سطحی موبیل سوربید به دلیل ظرفیت بالای آنها برای جذب آب و همچنین احیا در دمای پایین صورت می‌گیرد. موبیل سوربید ظرفیت بالایی جهت جذب پنتان و هیدروکربن‌های سنگینتر داشته و می‌تواند جهت تنظیم نقطه شبنم گاز خروجی و رساندن آن به مشخصات استاندارد خطوط لوله بکار رود.

کاربرد و استفاده از هر فرآیندی (از قبیل جذب، جذب سطحی، سرد کردن، فشرده‌سازی و یا استفاده از کلرید سدیم) جهت نم‌زدایی گازهای طبیعی دارای خصوصیات منحصر بفرد خود می‌باشد.

کلیه این روش‌ها دارای مزایا و معایبی بوده و انتخاب هر یک از آنها باید با توجه به شرایی خاص فرآیند کلی بررسی گردد.

مزایا و معایب استفاده از ستون‌های جذب سطحی به صورت خلاصه به شرح زیر ارائه می‌شود:

مزایا:

دستیابی به نقاط شبنم پایین تا 150 درجه فارنهایت را میسر می‌کند.

تغییرات کوچک فشار، دما و سرعت جریان گاز در عملکرد آنها بی‌تاثیر است.

حساسیت آنها نسبت به پدیده‌های خوردگی و کف‌زایی اندک است.

معایب:

هزینه‌های ثابت عملیاتی بالا و همچنین افت فشارهای بیشتری دارند.

امکان مسموم شدن جاذب‌ها توسط هیدروکربن‌های سنگین، هیدروژن سولفید، کربن دی‌اکسید کربن و غیره وجود دارد.

امکان شکستگی مکانیکی ذرات جاذب خشک‌کن وجود داردو

وزن بالا و نیاز به فضای زیاد.

مقدار انرژی مورد نیاز برای احیای آنها زیاد بوده و در ضمن هزینه واحدهای جانبی آنها نیز بالاست.

جاذب موبیل سوربید

موبیل سوربید شامل 97% سیلیکا و 3% آلومینا می‌باشد. ظرفیت جذب آن اساساً همانند سیلیکاژل معمولی بوده، اما دانسیته توده آن و همچنین ظرفیت جذب آن به ازای هر واحد حجم کمی بیشتر از سیلیکاژل معمولی می‌باشد.

در واقع موبیل سوربید یک نوع سیلیکاژل اصلاح شده و پیشرفته به شکل دانه‌های سخت کروی و نیمه‌شفاف است که این دانه‌ها گرچه غیرقابل نفوذ به نظر می‌رسند، در حقیقت مشبک می‌باشند و در حفره‌های میکروسکوپی بسیار زیادی وجود دارد که بخار در این حفره‌ها بدام افتاده و مایع می‌گردد. حفره‌ها در موبیل سوربید آنقدر زیاد است که یک پوند از آن دارای سطحی معادل 300000ft2 یا بیشتر از آن می‌باشد.

سوربیدها غیرخورنده بوده و تحت شرایط ایستا حدود 40% وزن خود آب جذب می‌کنند. در بعضی از شرایط امکان ورود آب مایع به بستر خشک کننده وجود دارد. چون فعالیت موبیل سوربید نوع R, H بسیار زیاد است، آب مایع می‌تواند سبب شکستن دانه‌ها شود. برای محافظت بستر خشک کننده از آب به صورت مایع، می‌توان از سوربید نوع W استفاده کرد. این نوع سوربید با آنکه دارای شرایطی (از نظر ترکیب و خواص فیزیکی) شبیه به نوع R, H می‌باشد، در حضور آب مایع نمی‌شکند. نوع W در رطوبت‌های نسبتاً بالا به اندازه R موثر است، اما این بازدهی در رطوبت‌های نسبی پایین کاهش می‌یابد. بنابراین استفاده از نوع W در تمام بستر پیشنهاد نمی‌شود.

طراحی واحد نم‌زدایی

سیستم‌های نم‌زدایی از نظر خشک کردن گاز تقریباً یکسان عمل می‌کنند و تفاوت اساسی این سیستم‌ها، نحوه احیای بستر اشباع می‌باشد. بستر مواد جاذب با دریافت حرارت احیا می‌شود و کلیه موادی که جذب شده، به صورت بخار از آن خارج می‌شوند. احیای بسترهای کوچک مواد جاذب با یک کویل گرم کننده برقی نیز امکان‌پذیر است، اما برای بسترهای بزرگتر احیای بستر بوسیله جریانی از گاز داغ صورت می‌گیرد. در شکل زیر، سیستم نم‌زدایی پالایشگاه گاز خانگیران نشان داده شده است. در این شکل بسترهای اول و دوم بطور موازی عمل‌ نم‌زدایی گاز را انجام می‌دهند و بستر سوم با جریانی از گاز مرطوب در وضعیت خنک شدن قرار دارد و گاز خروجی از آن پس از گرم شدن در کوره گاز احیا و رسیدن به دمای موردنظر احیای بستر چهارم را انجام می‌دهد.

این چرخه پس از زمان معینی به اتمام می‌رسد و وضعیت دیگری به خود می‌گیرد، به گونه‌ای که بستر سوم پس از خنک شدن در وضعیت سرویس نم‌زدایی قرار می‌گیرد و بستر چهارم پس از گرم شدن و از دست دادن مواد جذبی در وضعیت سرد شدن قرار می‌گیرد. بستر اول پس از دو تعویض که ع