بهینه سازی CO 2 خروجی از بالای - نفت و گاز پارس

pogc.ir

بهینه سازی CO 2 خروجی از بالای - نفت و گاز پارس

آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

CO 2 خروجی از باالی برج جذب واحد

بهینه سازی ميزان

شیرین سازی فاز یک پارس جنوبی با شبیه سازی دینامیکی

CO 2 توسط محلول آمین )MDEA( با

,H 2

فرآیند جذب S

هدف كاهش مصرف انرژي و مواد

مهندس آرمان رشیدی:‏

کارشناس ارشد مهندسی شیمی و نوبت کار ارشد بهره برداری واحد شیرین سازی و نمزدایی فازهای 9 و‎10‎ مجتمع گاز پارس جنوبی

دکتر محمد سمیع پورگیری:‏

دکترای مهندسی شیمی و عضو هیئت علمی تمام وقت گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد تهران شمال

دکتر نصراله مجیدیان:‏

دکترای مهندسی شیمی و عضو هیئت علمی تمام وقت گروه مهندسی شیمی دانشگاه آزاد اسالمی واحد تهران شمال

مهندس شقایق خلجی:‏

4 کارشناس ارشد دفتر مطالعات و مدیرت انرژی شرکت ملی گاز ایران

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


کلمات کلیدی : شبیه سازی،آمین )MDEA( ،

مونواکسید کربن،‏ برج جذب

5

چكيده

انرژی و منابع تأمین کننده آن یکی از مهمترین

مسایل جهان امروز می باشد که بسیاری از دانشمندان

تحقیقات گسترده ای را در جهت بهبود فرایند تولید

انرژی و شناخت روش های جدیدتر برای باال بردن

راندمان انجام داده اند.‏

در این مقاله با هدف باال بردن راندمان واحد تصفیه

و تولید هرچه بیشتر آن در فاز یک پارس جنوبی

ميزان مصرف گاز طبیعی كه یکی از مهمترین منابع

انرژی است و مواد مورد نياز ، مورد برسی قرار گرفته

است.‏ در اين بررسي واحد شیرین سازی فاز یک

پارس جنوبی توسط نرم افزار Hysys به شکل

دینامیک شبیه سازی شده و در ادامه با مطالعه

ورودی های مختلف آمین به برج جذب و عوامل

مؤثر در شیرین سازی،‏ بهینه سازی این واحد مورد

مطالعه قرار گرفته است.‏

مقدمه و تعاریف-‏ آشنایی اولیه:‏

امروزه تامين انرژي به عنوان يكي از اصلي ترين

موضوعات در كشورهای پيشرفته جهان مطرح است.‏

از طرفي گرم شدن كره زمين و ازدياد گازهاي

گلخانه اي صاحبان علم و فناوري را به طرف

سوختي پاك و ارزان هدايت مي كند كه از اين

رو گاز طبيعي بيشترين شانس را براي جايگزيني

به جاي سوخت هاي فسیلي دارد.‏ با پيشرفت علم

و تكنولوژي هر روزه روش هاي جديدي در جهت

افزايش راندمان و استحصال گاز ارائه مي گردد.‏

در گذشته طراحي پااليشگاه ها و واحدهاي شيرين

سازي براساس تجربه هاي عملياتي و محاسبات

دستي صورت مي گرفت و به علت عدم دقت

محاسبات دستي و پيچيدگي هاي طراحي،‏ متحمل

خسارت هاي زياد اقتصادي مي شدند.‏

امروزه توجه به مسائل اقتصادي چه از نظر ساخت و

چه از نظر بهره برداري،‏ طراحان را ملزم به استفاده

از ابزارهايي دقيقتری مي كند كه بتوان با صرف وقت

كمتر نتايجي نزديكتر به حاالت واقعي عملياتي را

پيش بيني كرد.‏ از اين دسته مي توان به نرم افزارهاي

مختلف شبيه سازي اشاره نمود كه در چند سال اخير

بيشترين كارايي را به علت دقت باال و امكانات متنوع

اين نرم افزارها در ضميمه شبيه سازي و طراحي

داشته اند.‏

‎1‎‏.شبيه سازي توسط نرم افزاري

نرم افزاري كه جهت شبيه سازي واحد شيرين

سازي مورد استفاده قرار مي گيرد در گام اول نياز به

يكسري داده هاي كلي دارد كه در زير به اختصار به

چند مورد آن ها توجه مي نماييم.]‏‎1‎‏[.‏

1- نوع و غلظت محلول آمين مورد استفاده در شبيه

سازي

2- تعداد مراحل تعادل مورد استفاده در برج تماس

‏)جذب(‏ و در برج احيا

‎3‎‏-دما،‏ فلو و فشار ورودي خطوط خوراك و


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

نمايي از فاز 1 پااليشگاه پارس جنوبي

حدس هاي اوليه براي فشار و دماي برج هاي احيا و جذب كه در صورت

لزوم وارد مي شوند.‏

4- مقدار جريان برگشتي در برج احياء

5- راندمان برج جذب و احياء

از جمله امكاناتي که شبيه سازي يك فرآيند در اختيار ما قرار مي دهد عبارتند از :

1- بهينه سازي كل فرايند كه مي تواند در مرحله طراحي اوليه و تعيين تعداد

مراحل تعادلی مورد نياز فرآيند شيرين سازي در برج جذب و دفع با ايجاد

تغيير در برخي از متغيرها همچون دبي آمين و رودي به برج ، دماي آمين،‏

فشار برج و ساير پارامترهاي عملياتي صورت گيرد.‏

2- بررسي نتايج قبل از تغييرات پر هزينه آزمايشگاهي و عملياتي براي تغيير

يكي از پارامترهاي فرآيندي يا عملياتي مانند تغيير نوع محلول آمين مورد

استفاده-‏ دبي محلول مورد استفاده-‏ و غيره

‎3‎‏-در زمان طراحي اوليه يك واحد،‏ نرم افزارهاي شبيه ساز مي توانند در

انتخاب نوع تجهیز مورد استفاده و اندازه آن تجهيز و مقدار انرژي مصرفي

كمك شايان بكنند.‏

نرم افزار مورد استفاده در اين شبيه سازي نرم افزار Hysys مي باشد كه

از جمله نرم افزارهاي بسيار قوي و پر كاربرد در زمينه طراحي پااليشگاه

و تجهيزات پااليشگاهي مي باشد و دقت الزم را در زمينه شيرين سازي با

حالل آمين دارد.‏

6

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

شکل)‏‎1‎‏(‏ PFD واحد شیرین سازی فاز یک پارس جنوبی

7

CO 2 در برج جذب واحد

شبيه سازي فرآيند جذب H2S و

شيرين سازي پااليشگاه فاز يك پارس جنوبي:‏

پس از انتخاب تركيبات گاز ترش ورودي از كتابخانه نرم افزار Hysys و

انتخاب معادله Amin .pkg از صفحه fluide pakage اين نرم افزار

مقدمات اوليه را جهت شبيه سازي اين واحد انجام می دهیم.‏ حال بر طبق

اسناد موجود مشخصات خوراك ‏)گاز ترش ورودي به برج جذب(‏ و همچنين

غلظت و دبي آمين ورودي را كه به ترتيب 45% وزنی و 143m 3 /hr در نظر

گرفته شده است وارد مي نماييم.‏

فرآيند شيرين سازي در اين واحد با استفاده از متيل دي اتانول آمين

MDEA انجام مي گيرد.‏ برج جذب اين واحد دارای هشت ورودي جهت

تزريق آمين به برج می باشد که این ورودی ها بر روي سيني هاي مختلف

برج وجود دارد كه به ما اين امكان را مي دهد كه در شرايط عملياتي متفاوت

از ورودي مورد نياز به آن شرايط استفاده نماييم.‏

بديهي است استفاده از باالترين ورودي آمين كه بر روي سيني اول از برج جذب

قرار دارد بيشترين سطح تماس و زمان ماند را براي عمليات جذب در اختيار

آمين قرار مي دهد و در صورت پايين آوردن محل ورودي آمين يعني استفاده از

ديگر ورودي ها كه در پايين تر از اين ورودي قرار دارند سطح تماس و زمان ماند

كاهش يافته و در نتيجه به نسبت عمليات جذب كاهش خواهد يافت.‏

‎2‎‏.برج جذب واحد شيرين سازي فاز يك پارس جنوبي:‏

برج جذب واحد شیرین سازی پاالیشگاه فاز یک پارس جنوبی داری

ارتفاعی معادل 20350mm میلیمتر ‏)معادلm 20/350( می باشد که

شامل 16 عدد سینی از نوع tray( )valve و Packing Bed

از نوع flexipac( y( 250 به طول 3953mm ‏)معادل 3/953( m و در

قسمت پایین شامل یک عدد collector tray به طول 3200mm

‏)معادلm 3/2( جهت تجمع می باشد.‏ این برج دارای قطر ثابتی معادل

4100mm ‏)معادل ) 4/1 m است و فاصله بین سینی ها در این برج تا

سینی 16 ثابت در نظر گرفته شده و معادل 600mm ‏)معادل /0( 6 m

می باشد که 9 m از ارتفاع برج را به خود اختصاص می دهد.‏

– 2 1 ‏.برج جذب در نرم افزار : Hysys

برج جذب در نرم افزار Hysys توانايي ورودي يك جريان جاذب را از باالي

برج دارد.‏ بنابراين با توجه به نكته فوق نمي توان تمامي ورودي هاي آمين را

به طور همزمان شبيه سازي كرد.‏ در ضمن براي باال بردن دقت محاسبات

بهتر است براي هر ورودي يك شبيه سازي مجزا را انجام داد.‏

محل دقيق ورودي هاي آمين را مي توان در شکل شماره یک نشان داد:‏

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

ورودي اول

سيني يك

ورودي پنجم

سيني نهم

ورودي دوم

سيني سه

ورودي ششم

سيني يازدهم

ورودي سوم

سيني پنجم

ورودي هفتم

سيني سيزدهم

ورودي چهارم

سيني هفتم

ورودي هشتم

زيرسيني شانزدهم و باالي قسمت Packing

واحد شيرين سازي

‎3‎‏.شرح شبیه سازی نرم افزار :Hysys

گاز ترش بعد از عبور از واحد slug catcher و جداسازی اولیه روانه واحد

شیرین سازی می گردد.‏ فرآيند كلي واحد شيرين سازي با آمين در شكل

)1( نشان داده شده است.‏ شكل كلي فرآيند به ندرت تغيير ميكند.‏ معموالً‏

تغييرات به محلول آمين در شيرين سازي گاز ترش مربوط مي شود.‏

گاز ورودي به اين واحد در ابتدا وارد Drum( )Inlet Gas k.o. مي شود

كه وظيفه گرفتن مايع احتمالي همراه گاز ترش را دارد.‏ اين امر باعث

جلوگيري از پديدۀ )foaming( در برج جذب مي شود.‏ گاز خروجي از اين

درام قبل از ورود به برج جذب از يك فيلتر filter( )Inlet Gas مي گذرد

كه وظيفه جداسازي ذرات جامد و مايع را بر عهده دارد.‏

گاز خروجي از اين فيلتر با دمايCْ‎ T 24/71= و فشار )bar( =p 70/5

وارد برج جذب مي شود.‏ گاز ترش از پائين وارد ستون جذب مي شود و به

سمت باالي آن حركت مي كند و در تماس با محلول آمين قرار ميگيرد كه

در جهت مخالف حركت گاز ‏)به سمت پايين ستون(‏ جريان مي يابد.‏ پس از

عمليات جداسازي گازهاي اسيدي،‏ گاز شيرين از باالي ستون خارج شده و

به سمت واحدهاي نم زدايي هدايت مي گردد.‏

برج جذب )absorber( داراي ارتفاع 350.20m مي باشد كه از سه قسمت

كلي تشكيل شده است.‏

– 3 1 ‏.قسمت اول:‏

شامل 16 عدد سيني از نوع trays( )valve مي باشد كه از سيي 15 تا

10 فاصله بين سيني ها برابر و معادل 60 cm و از سيني 16 برابر 75cm

مي باشد.‏ سيني ها به شكل flow path 2 با ارتفاع بند weir height

45mm در نظر گرفته شده اند.‏

– 3 2 ‏.قسمت دوم:‏

اين بخش از برج از زير سيني 16 آغاز شده كه خود شامل دو بخش مي باشد.‏

بخش اول از فاصله زير سيني 16 تا قسمت packing كه به طول 09m 2

مي باشد و وظيفه توضيع يكنواخت آمين را بر روي قسمت packing بر عهده

دارد.‏ بخش دوم قسمت packing است كه به طول m 9533 متشكل از

15 اليه از نوع lexipac( y( 250 مي باشد.‏

8

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

جدول )1( برسی نتایج حاصله از داده های خروجی از باالی برج بر اثر تغییرمسیر آمین ورودی

9

‎3-3‎‏.قسمت سوم:‏

شامل يك بخش در فاصلۀ packing تا collector tray و بخش دوم

collector tray مي باشد كه به ترتيب داراي طول‎80cm و 3m 2 مي باشند.‏

كه محل تجمع آمين غني شده و گاز ورودي به برج جذب مي باشد.‏

برج جذب داراي 8 مسير ورودي براي آمين تميز به درون برج مي باشد

كه ما موظف به استفاده از يكي از اين مسيرها در شرايط عملياتي مختلف

CO 2 خروجي از برج با استفاده از

هستیم.‏ يعني با تعيين مقدار دقيق درصد

CO 2

ورودي هاي مختلف آمين مي توان محل ورود آمين را انتخاب و مقدار

مطلوب را در خروجي بدست آوريم.‏ زيرا هر چه آمين داراي سطح تماس

CO 2 بيشتر مي شود.‏ پس

بيشتري با جريان گاز داشته باشد،‏ ميزان جذب

مي توان با تغيير محل ورودي آمين با توجه به مقدار گاز ورودي به برج جذب

H 2 با استفاده از هر يك

S را كنترل نمود.‏ مي توان گفت CO 2

مقدار جذب

از ورودي هاي آمين تا ميزان استاندارد جذب مي شود و محل ورود آمين بر

H 2 بي تاثير است.‏

روي ميزان جذب S

غلظت آمين ورودي به برج را %45 انتخاب كرده و نوع آمين مصرفي

)MDEA( متيل دي اتانول آمين مي باشد كه با فشاري بيشتر از فشار برج

جذب p 70/5= bar وارد برج مي شود.‏

به علت اختالف فشار در برج جذب مقداري از آمين به حالت دو فازي در آمده كه

براي جلوگيري از خارج شدن آمين درام Drum( )Hearted Gas k.o.

از نظر گرفته شده است كه وظيفه جلوگيري از خروج آمين همراه گاز شيرين

را بر عهده دارد.‏ نكته قابل توجه اين است كه دماي گاز ورودي در پايين برج

حدود 25 Cْ و دماي گاز شيرين خروجي از سمت فوقاني برج حدود 45 Cْ

مي باشد.‏ اين پديده اين مطلب را آشكار مي سازد كه فرآيند جذب در برج

جذب واكنشي گرمازا است.‏ نمای کلی از برج جذب شبيه سازي شده در

محیط HYSYS در شکل )1( نشان داده شده است.‏

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

جدول)‏‎2‎‏(‏ برسی نتایج حاصله از داده های خروجی از پایین برج بر اثر تغییر مسیر آمین ورودی

سكوي گازي مخزن گاز پارس جنوبي

كشتي حمل گاز مايع )LNG(

4. بررسي شرايط درصورت ورود آمين بر روي سيني هاي

مختلف برج جذب :

حال مي خواهيم با شبيه سازي اين فرايند و بررسي درصد مولي تركيبات

مختلف در جريان گاز شيرين خروجي از باالي برج جذب و جريان آمين

كثيف خروجي از پائين برج و مقايسه اين نتايج با يكديگر بپردازيم.‏

در جدول )1( مقدار تركيبات جريان ها را با تغيير محل ورودي آمين به برج

جذب،‏ در جريان گاز شيرين خروجي براي هر يك از شبيه سازيها نشان داده

شده است.‏ در محور افقي سيني ورودي آمين و در محور عمودي تركيبات

جريان خروجي و مقدار آن ها بر اساس درصد مولي آورده شده است.‏

در جدول )2( مقدار تركيبات مختلف با تغيير محل ورودي آمين به برج

10

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

CO 2 در جریان گاز شیرین خروجی با تغییر دبی جریان آمین ورودی

نمودار)‏‎1‎‏(‏ درصد

11

جذب،‏ در جريان آمين كثيف خروجي براي هر يك از شبيه سازي ها نشان

داده است.‏

H( 2 انتخاب و نمودارهاي

S , CO 2

جهت بررسي دقيقتر دو تركيب مهم (

مربوطه بر اساس جدول )1( و )2( رسم گرديده است.‏

CO 2

‎5‎‏.برسی پارامترهای مهم جهت بهینه سازی درصد مولی

در جریان گاز شیرین خروجی از برج جذب:‏

CO 2 تا حد استاندارد گاز شيرين موجب باال بردن مقدار

باال بردن درصد

توليد و در نتيجه سبب باال رفتن بازده واحد و نزديك شدن واحد شيرين

سازي به يك واحد بهينه مي باشد.‏

CO 2 ‏)البته تا حد مجاز تعيين شده در گاز شيرين خروجي(‏

با حداكثر شدن گاز

مي توانيم توليد پااليشگاه را در جهت صادرات گاز شيرين افزايش دهيم.‏

CO 2 توسط آمين موجب كم شدن آن در جريان

از طرفي كاهش جذب

CO 2

آمين غني شده در پايين برج شده و در نتيجه باعث كم شدن ميزان

در محصول باالي برج احيا يعني خوراك واحد SRU و باال رفتن بازده اين

واحد در توليد گوگرد مي شود.‏

نرم افزار Hysys جهت بررسي يك پارامتر نياز به يك متغير مستقل و

CO 2 و متغير مستقل را

يك متغير وابسته دارد كه در اينجا متغير وابسته را

CO 2 را به مقدار حداكثر برسانيم

پارامترهايي كه مي خواهيم با تغيير آن ها

در نظر مي گيريم.‏

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(


آریوپایا،‏ سازنده انحصاری مبدل های گرمایی صفحه ای

تحت لیسانس GEA PHE Systems آلمان

سكوي گازي گاز مخزن پارس جنوبي

نماي شهر عسلويه و فازهاي گازي

منابع:‏

1. Maddox ,R .,”Gas condition and Processing “ 3rd ed.

Campbell ,1985.

2. Kohl, A.L., Nielson ,R.”Gas Purification “5th ed. Gulf

Publication Company, 1997.

3.Savage,D.W.,Astarita,G,”Gas Treating with Chemical

Solvent “John Wiley Publication.

4.Newman,S.A.,”Acid and Sour gas treating Process”,Gulf

Publication Company,(1985).

5.Katz,D.L.et.al,”Natural gas Handbook “,MC Graw Hin

Book company New York,(1959).

6.Perry R.H.Chilton C.H.”Chemical Engineering

Handbook”,Sixth Edition ,McGraw-Hill,(1987).

7.J.A.Bullin,”Optimization of New and Exististing Amine

Gas Sweetening Plants Using Computer Simulation

“,presented on Sixtieth GPA Annual Convention .Tulsa,142-

1981(,148).

8.D.A. Jones,” principales and prevention of corrosion

”,Maxwell Macmillian Pub Co ,Torento,p.502,1991

9. L.A. Correa, W.baptista “Expert System Application to

Gas Treating Corrosion Control “,Paper No.00483,NACE

CORROSION2000.

CO 2 در جريان گاز شيرين خروجي

‎1-5‎‏.بررسي درصد مول

با تغیير دبي جريان آمين:‏

همان طور كه انتظار مي رود با باال رفتن مقدار دبي جريان آمين ورودي به

CO 2 در جريان گاز شيرين خروجي كاسته مي شود.‏

برج جذب از درصد

درصورتيكه دبي جريان آمين در بازه 130m 3 /hr تا 170m 3 /hr قرار گيرد

H 2 گاز خروجي از باالي برج در حد استاندارد خواهد بود.‏ لذا مي توان

درصد S

شرايط مناسب و بهينه جهت مصرف كمتر آمين انتخاب كرد كه خود موجب

كاهش مصرف هزينه هاي عملياتي و انرژي خواهد شد.‏

2-5- نتایج حاصل از شبیه سازی با در نظر گرفتن ورود آمين

به سيني هاي مختلف برج جذب:‏

در نمودار هاي )2( و)‏‎3‎‏(‏ ، محور x شماره سینی هایی می باشند که جریان

آمین بر روی آن ها به برج اضافه می شوند و محور y درصد ترکیبات مختلف

در جریان گاز شیرین خروجی می باشد.‏

هدف از رسم این نمودار انتخاب بهترین سینی جهت باال بردن راندمان تولید

ترکیب ارزشمند متان با حداقل هزينه و مصرف انرژي كمتر می باشد.‏

CO 2 را در خروجی گاز شیرین با توجه به ورودیهای

نمودار ‏)‏‎2‎‏(درصد

H 2 را در خروجی گاز شیرین با

مختلف برسی می کند.‏ نمودار ‏)‏‎3‎‏(درصد S

توجه به ورودیهای مختلف برسی می کند.‏

H 2 و

بخش اعظم گازهای اسیدی در گاز ترش ورودی به این واحد را S

CO 2 تشکیل می دهند که در دو نمودار باال مقدار آن ها در گاز شیرین با

تغییر ورودی های آمین قابل مشاهده است.‏

H 2 با تغییر محل ورودی

با توجه به نمودار ( 3( می توان گفت تقریبأ گاز S

محلول آمین به برج تا حد استاندارد خط لوله ‏)کمتر از 3( PPm شیرین

CO 2

شده است و هدف اصلی انتخاب بهترین ورودی آمین جهت جذب

CO 2 تا حد استاندارد جذب شده ولی مقدار آن در

می باشد.‏ به گونه ای که

حد MAX استاندارد قرار داشته باشد که این امر باعث باال بردن راندمان

تولید می شود.‏

نخستین همایش بین المللی

چیلر و برج خنک کن

تهران

تیرماه 1389

تلفن:‏ 88671678

12

نخستین همایش بینالمللی چیلر و برج خنک کن - تیر ماه - 1389 www.tasisatconf.ir - 88671678 )021(

More magazines by this user
Similar magazines