پروژه بازیافت دی اتانول آمین از پساب های صنعتی

چکیده

یک مطالعه درباره فرآیند تقطیر چند مرحله ای برای بازیافت DEA از محلولهای آلوده ارائه گردیده است. این قبیل محلولها مشکلات جدی را در کارخانجات گاز و پالایشگاههای نفتی بوجود آورده اند . بدلیل فراریت بعضی از اجزاء تشکیل دهنده شان نمی توانند به آاسانی خالص شوند. این فرآیند جدید از هگزادکان به عنوان مایع حامل بی‌اثر برای حصول اطمینان از توزیع مناسب مایع در ستون تقطیر ، به منظور جلوگیری از آلودگی و سهولت تفکیک اجزاء غیرفرار استفاده می کند. در این پروژه فرایند با داده های تعادل فازی نوین بین مخلوط دی اتانول آمین، بی(هیدروکسی اتیل) پیپرازین، تری(هیدروکسی اتیل) اتیلن دی آمین، آب و هگزادکان توضیح داده شده است. خصوصیات فیزیکی طراحی شده ماده حامل بی اثر مورد بحث قرار می گیرد و رهنمودهایی جهت انتخاب آن ارائه گردیده اند. از مدل ضریب فعالیت دو مایع غیر تصادفی به طور موفقیت آمیز جهت نمایش یا ارائه داده های تعادلی استفاده می شود. فرآیند تقطیر برای عمل خلوص سازی محلول‌های آمین آلوده شده، توصیف شده است. فرآیند تقطیر چند مرحله‌ای و مایع حامل بی اثر(هگزادکان) استفاده می شود. از ستون تقطیر با قطر داخلی 50 پیشنهاد شده با شبیه سازاسپن(ASPEN) را تائید کند و از خصوصیات فیزیکی مایع حامل بی اثر ارائه شده در فصل دوم استفاده می کند . بعنوان مثال، برای تفکیک ناخالصی های محلول دی اتانول آمین فاسد شده تحت شرایط خلاء راندمان خوبی به دست آمده بود. نتایج با تقطیر تک مرحله ای مرسوم برابر هستند.

مقدمه

این پروژه ، شامل سه فصل می باشد. فصل اول راجع به شیرین کردن گازها و حلال اتانول آمین، فصل دوم در ارتباط با فرایند بازیافت حلالهای جاذب و فصل سوم در رابطه با آنالیز فرایند پیشنهادی می باشد.

در فصل اول گازها به صورت عمومی، ناخالصیهای موجود در گازها، فرایند شیرین کردن گازها ، روشهای پالایش ، روش آمین، تجهیزات لازم فرایند تصفیه گاز ترش با آمین‌ها، حلالها جاذب، آمینها، خصوصیات و کاربرد آمین ها ، ظرفیت تقاضا و قیمت اتانول آمین در سطح جهان و …. بحث شده است.

در فصل دوم فرایند نوینی برای بازیافت اتانول آمینها خصوصاً دی اتانول آمین از محلولهای نیمه فاسد شده پیشنهاد شده است و سپس فرایند و تعادل فازی سیستم دی اتانول آمین – بی(هیدورکسی اتیل) پیپازین – تری (هیدروکسی اتیل ) اتیلن دی آمین – هگزادکان ، مشخصات مایع بی اثر ،بررسی تعادلی بخار- مایع ، ترمودینامیک تعادل بخار – مایع و… تشریح شده اند.

در فصل سوم آنالیز فرایندپیشنهادی ، تقطیر تحت شرایط جریان برگشتی کامل، آنالیز فرایند با شبیه سازاسپن ، تقطیر جزئی وناگهانی ، اثر شرایط عملیاتی روی اجرای فرایند و .... توضیح داده شده اند.

بعضی علائم، نشانه ها ، حروف و اختصار کلماتی که در طول پروژه از آنها استفاده و در درون فصلها توضیح داده نشده اند، در پایان پروژه تحت عنوان ضمیمه آورده شده اند.

فصل اول

شیرین کردن گازها با اتانول آمین ها

تعریف عمومی گازها

در طبیعت مواد به اشکال و حالتهای مختلف وجود دارند که هر حالت یک فاز نامیده می شود. مثلاً فاز جامد، فاز مایع، فاز گاز، فاز پلاسما. گازها فازی از ماده هستند که فاصله بین مولکولها زیاد ونیروی جاذبه بین مولکولهای آنها ناچیز می باشد. چنانچه در هر ظرفی قرار گیرند، شکل آن ظرف را پیدا می‌کنند.

انواع گاز طبیعی

گاز طبیعی: ماده ای است که در بسیاری از نقاط جهان بصورت مخازن گازی دراعماق زمین وجوددارد.

گاز چاهی: گازی است که بطور مستقیم از چاه بهره برداری می شود.

گاز خام: به ماده اولیه گازی که بواحدهای شیمیایی داده می شود، اتلاق می گردد.

گاز خط لوله: گاز قابل فروش که مشخصات قابل قبول خریدار داشته باشد و یابا استاندارد متداول ممکن وفق دهد.

گاز ترش: گازی است که به مقدار قابل ملاحظه سولفید هیدروژن () یا دی اکسید کربن() و یا هر دوی آنها را داشته باشد.

گاز شیرین: گازی است که سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن آن حداقل مجاز مناسب خط لوله باشد.

گاز خشک: گازی است که کم تر از یک دهم گالن هیدروکربن  و بالاتر در هزار فوت مکعب داشته باشد.

گاز تر: گازی است که بیش از یک دهم گالن هیدروکربن  و بالاتر در هزار فوت مکعب داشته باشد.[1]

ناخالصی های موجوددر گازها

ناخالصیهای موجود در گازها عبارتند از :

- نیتروژن ()     - سولفید هیردوژن ()    - دی اکسید کربن()

- آب ()             - هلیم(He)            - گوگرد(S)

- دی سولفید کربن ()                   - سولفاید کربونیل(COS)

مرکاپتان مانند متیل مرکاپتان واتیل مرکاپتان(R-SH)

معمولاً بیش از همه ناخالصی های فوق، گازهای  و  در گاز طبیعی یافت می شوند که باید با روش های مناسب زدوده شده و قابل فروش و مصرف استاندارد گردد. سایر ناخالصی ها معمولاً همراه  و زدوده می شوند مگر آنکه بطور استثناء روش خاصی برای حذف آنها لازم باشد. روش جذب ناخالصی ها بستگی به میزان هر کدام در گاز دارد . نسبت سولفید هیدروژن به دی اکسید کربن در گاز ممکن است خیلی متغیر باشد و لذا روشهای زدودن آنها می تواند متفاوت باشد.

پالایش گازها

دلایل پالایش گاز وجذب  و : گازها آن طوریکه در طبیعت وجوددارد کمتر قابل مصرف بوده و به دلایل مختلف باید پالایش شود. مهمترین دلایل پالایش گاز عبارتند از:

خورندگی و مسموم کنندگی  

فقدان ارزش حرارتی

استحصال انرژی

استفاده از گاز در ترکیبات شیمیایی و پتروشیمیایی

حفظ محیط زیست[2].

روش های پالایش گاز

قبل از پیدایش روش های معمول، برای حفظ  و از گاز طبیعی از آهک استفاده می شد و آهک مصرف شده دور ریخته می شد. در سال 1910 روش اکسیدآهن ابتدا در انگلستان و بعد در سایر نقاط جهان رواج یافت. در سال 1920  روش کربنات پتاسیم یا سی بورد [1]بوسیله کمپانی کوپر[2] معرفی شد. در واقع این اولین روش تجاری بود که گازهای اسیدی بوسیله مایع شستشو داده می‌شدند. روش استفاده از آمین در سال 1930 به ثبت رسید و در سال 1939 روش مخلوط آمین و گلیکول پیشنهاد شد که پالایش و خشک کردن گاز را یک جا انجام می داد. د 1948 تجاری کردن این روش ها تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. روش های جذب سطحی سولفینول [3] در سال 1965 بوجود آمد و روش فلور و استفاده از غربالهای مولکولی بتدریج جایگزین روش های قدیمی گردید. بطور کلی روش های پالایش گاز در چهار گروه دسته بندی می شوند:

روش استفاده از حلال های شیمیایی مثل آمین ها، مخلوط گلیکول، آمین وکربنات پتاسیم.

روش استفاده از حلال های فیزیکی مثل پروپیلن، دی متیل اتر. تتراهیدروتیوفن دی اکسید.

روش اکسید کردن گاز سولفید هیدروژن مانند روش هودری و اکسید آهن.

روش جذب سطحی مانند استفاده از غربال های مولکولی[4] [3].

فاکتورهای انتخاب روش پالایش: انتخاب هر یک از این روش ها برای پالایش گاز یک سلیقه شخصی نیست و به فاکتورهای مختلفی مانند فشار عملیاتی، درجه حرارت گاز مورد پالایش، نقطه جوش ماده پالایش کنند، گرمای حاصل از فعل و انفعالات در داخل برج جذب کننده، غلظت ماده مصرفی، مقایسه قیمت مواد مورد لزوم و بالاخره سرویس های در دسترس و مورد احتیاج بستگی دارد. بطور خلاصه نسبت سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن در گاز مورد پالایش و کیفیت مورد تقاضا برای گاز پالایش شده روش انتخابی جهت پالایش گاز را تعیین می کند.

احیاء عامل جذب گازها: در روش یاد شده عامل جذب گازهای اسیدی. اعم از حلال های فیزیکی و یا شیمیایی را پس از استفاده می توان احیاء نمود و مجدداً مورد استفاده قرار داد. به عبارتی فقط مقدار بسیار کمی از آن تلف شده و یا احتیاج به صاف کردن و تمیز کردن دارد. روش های دیگری هم هستند که در آنها ماده شیمیایی مصرف شده و دیگر قابل احیاء شدن نیست. اگر چه در این روش ها می توان حداکثر گازهای اسیدی را جذب نمود. اما بعلت همان مصرف مواد شیمیایی چندان بصرفه نیستند. مگر اینکه مقداری گاز اسیدی بسیار کم بوده و لازم باشد همان مقدار کم را هم از گاز جدا نماییم. مانند استفاده از گاز برای آلکیلاسیون و یا تهیه آمونیاک و یا سایر کاربردهای پتروشیمی.

روش آمین

تا سال 1930 روش سی بورد با استفاده از محلول کربنات پتاسیم متداول بود و مشکل این روش در آن زمان این بود که محلول تا حدی خاصیت خود را از دست می داد و مقداری تیوسولفات در آن ایجاد می‌شد که قابل برگشت و احیاء نبود. بعلاوه با تغییر دما کربنات پتاسیم در دستگاهها رسوب کرده و مشکلات عملیاتی ایجاد می کرد و ضمناً این روش برای فشار های بیش از (500  Psi) مناسب نبود. در سال 1930 کمپانی گیردلر[5] استفاده از آمین ها بای جذب گازهای اسیدی را پیشنهاد و انحصار آنرا بنام خود ثبت نمود. آمین ها خاصیت آن را دارند که در دماهای معمولای گازهای اسیدی جذب کرده و در دمای بالاتر آنها را دفع نمایند، لذا در تصفیه گازها دو نوع برج، برای جذب و دفع گازهای اسیدی در نظر گرفته می شود که به ترتیب به نام برج جذب [6] و برج دفع [7] یا احیاء معروف می باشد.

[1]. seabord

[2] . kopper

[3] .solfinol

[4] .Molecular seives

[5] . Girdler

[6] . Contactor

[7] . Regenerator