مختصری با سایت آمین

شیرین سازی گاز ترش با آمین ها

شیرین سازی گاز ترش

هیدروژن دی سولفید (H2S)، کربن دی اکسید (CO2) ، مرکاپتان ها و سایر ناخالصی ها معمولا در جریان های گاز طبیعی و سنتزی پیدا می شوند. H2S گازی بسیار سمی است و باعث ایجاد خوردگی در فولاد می شود. کربن دی اکسید نیز باعث ایجاد خوردگی در تجهیزات شده و همچنین باعث پایین آمدن Btu گاز خواهد شد. در فرآیند شیرین سازی گاز ترش این ناخالصی ها از گاز حذف شده و گاز برای حمل و نقل و استفاده مهیا می گردد. روش هایی که برای شیرین سازی گاز استفاده می شوند را می توان به سه روش زیر دسته بندی کرد:

شیمیایی
حلال فیزیکی
مخلوط شیمیایی/فیزیکی
در صنعت گاز طبیعی استفاده از حلال های شیمیایی مانند آمین ها به سایر موراد ترجیح داده شده است. اما در گازهای سنتزی از همه روش ها بهره می برند. حلال های فیزیکی معمولی که در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از متانول ، دی متیل اتر و پروپیلن گلیکول . در حالت مخلوط نیز معمولا مخلوطی از ترکیبات آمینی و حلال فیزیکی به کار برده می شود. به طور کل هر روشی که بتواند میزان گوگرد و مشتقات آن را بیشتر کاهش دهد، به سایر روش ها ترجیح داده می شود.

یکی از روش های قدیمی و محبوب که برای شیرین سازی مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از واحدهای آمینی است. در این واحدها از حلال های آمینی استفاده می شود.

شیرین سازی با آمین ها

واحدهای شیرین سازی آمین نزدیک به 80 سال است که که برای حذف H2S و CO2 از جریان های گاز ترش مورد استفاده قرا می گیرد. در اوایل از خرید تری اتانول آمین استفاده می شد ولی در ادامه مونو و دی اتانول آمین بیشتر مورد توجه قرار گرفتند. در طی 20 سال اخیر متیل دی اتانول آمین (MDEA) به حلالی محبوب تبدیل شده است، خصوصا به خاطر انتخاب پذیری بالایی که در واکنش با H2S در مقایسه با کربن دی اکسید دارد.

فواید MDEA
MEDA به دلیل انتخاب پذیری بالایی که برای H2S در مقابل CO2 دارد به حلالی محبوب در صنعت گاز طبیعی تبدیل شده است. این انتخاب پذیری بالا باعث کاهش چرخه حلال شده و خوراکی عنی تر از H2S را به واحد بازگردانی گوگرد می فرستد.

سرعت واکنش MDEA با دی هیدروژن سولفید بالاست در حالیکه سرعت واکنش آن با کربن دی اکسید بسیار پایین تر است. سرعت واکنش متیل دی اتانول آمین با کربن دی اکسید 2300 برابر از سرعت واکنش CO2 با خرید مونو اتانول آمین کندتر است. این حلال در حذف H2S بسیار فوق العاده عمل می کند، و عموما برای بالا بردن قدرت حذف کربن دی اکسید آن مقادیری حرید دی اتانول آمین (حدودا 4%) نیز در مخلوط حلال به کار برده می شود.

مراحل فرآیند شیرین سازی

مراحل و فرآیندی که در یکی از این واحدها مربوط به شرکت Schlumberger انجام میگیرند به شرح زیر است:

گاز ترش به برج تماس وارد شده و از داخل حلال آمین که به سمت پایین جریان دارد ، به سمت بالا می رود.
گاز تصفیه شده از بالای برج خارج می شود.
محلول آمینی گازهای اسید جذب شده را با خود حمل کرده و به مبدل گرمایی وارد می شود، به این محلول غنی گفته می شود.
آمین غنی در مبدل حرارتی توسط جریانی خالص آمینی که داغ است گرم می شود.
آمین غنی همچنین در ستون بازیابی توسط گرمای حاصل از ریبویلر بیشتر گرم می شود. در این ستون آب و گاز های اسید یاز جریان حلال جدا می شوند.
بخار و گازهای اسیدی جدا شده در مرحله قبل به یک کندانسور وارد شده و در آنجا سرد می شوند.
بخار و گازهای اسیدی نیز از یکدیگر جدا می شوند، جریان بخار به ستون برگردانده شده و گازهای اسیدی نیز بر حسب نیاز یا سوزانده می شوند و یا به سیستم بازیابی گوگرد فرستاده می شوند.
جریان آمین تصفیه شده نیز ابتدا خنک شده و سپس به برج تماس اولیه وارد می شود تا چرخه کامل شود.
منابع گرمای مختلفی می توانند برای ریبویلر مورد استفاده قرار بگیرند که عبارتند از شعله مستقیم، روغن داغ و سیستم های بخار.
در شکل زیر فرآیند شیرین سازی گاز ترش به صورت کامل و با جزئیات بیشتر نشان داده شده است.

مراحل فرآیند شیرین سازی گاز ترش

قواعد سرانگشتی
در این فرآیند برخی قواعد سرانگشتی وجود دارند که می توان آنها را به کار برد ، در ادامه با این قواعد آشنا خواهیم شد :

اختلاف دما
توصیه شده است که در هنگام عملیات و طراحی کنداکتورها حداقل اختلاف دمای بین جریان گاز و جریان آمین خالص 5 درجه سانتی گراد (10 درجه فارنهایت) در نظر گرفته شود. دلیل این امر جلوگیری از کندانس شدن هیدروکربن ها در کنداکتور است زیرا به وجود آمدن جریان مایع باعث به وجود آمدن مشکلات مانند foaming ، کاهش عمر فیلترهای کربن و کاهش محصول خواهد شد.

با این حال کاهش دما باعث افزایش جذب H2S خواهد شد که باید در طراحی این واحدها مورد توجه قرار گیرد.

نسبت جریان گاز (0.12 kg/l)
در طراحی استریپرهای آمین ، نسبت جریان ، جریان جرمی بخار بر حجم آمین است. منابعی متعددی این نسبت را 0.12 kg/l معرفی کرده و برای سال های زیادی مورد استفاده قرار گرفته است. برای جریان مخلوط گازهای اسیدی نسبت بخار نقشی اساسی را در کیفیت آمین نهایی (lean amine) و درصد H2S موجود در جریان نهایی ایفا خواهد کرد. اهمیت این موضوع در سیستم هایی که از MDEA استفاده می شود بیشتر است و باید مورد بررسی قرار گیرد.

اختلاف دمای مبدل
یکی از موارد مهمی که بسیاری از طراحان سیستم های شیرین سازی گاز آن را نادیده می گیرند ، اختلاف دمای جریان های ورودی و خروجی از مبدل است. همانگونه که پیشتر گفته شد در این مبدل دو جریان آمین با یکدیگر در حال تبادل گرمایی هستند، اختلاف دمای بهینه برای جریان های ورودی و خروجی 99 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.

فشار
توصیه شده است که فشار Regenerator بین 2 تا 2.1 بار باشد.

نتیجه گیری
قوعدی که در اینجا معرفی شدند همانگونه که گفته شد قواعدی سرانگشتی هستند که بر اساس تجربیات فرآیندی و البته طراحی های پیشین شکل گرفته اند. قاعدتا شیرین سازی گاز ترش در بسیاری از موارد می تواند شرایط عملیاتی متفاوتی را تجربه کند اما آگاهی از این قواعد می تواند به بهینه سازی و سرعت در طراحی و عملیات می انجامد.