بهتر است قبل از پاسخ به پرسش مراحل شیرین سازی گاز در پالایشگاه چیست؟ با گاز ترش (Sour Gas) آشنا شویم. گاز طبیعی یا به صورت مستقیم از ذخایر زیرزمینی بدست می آید یا همراه با نفت از مخازن نفتی خارج می شود. اگر این گاز ها حاوی ترکیبات اسیدی نظیر دی اکسید کربن (CO2)، سولفید هیدروژن (H2S)، سولفید کربونیل (COS)، دی سولفنید کربن (CS2) و مرکلاپتان ها (RSH) بیشتر از حد مجاز باشند، با عنوان گاز ترش شناخته می شوند. انجام عملیاتی که گاز ترش را از نفت یا گاز جدا کند، برای ادامه فرآیند ضروری است. این عملیات با عنوان شیرین سازی گاز شناخته می شود.

شیرین سازی گاز

گاز ترش به دلیل دارا بودن محتویات گوگردی بسیار بد بو و برای تنفس بسیار سمی است. ترکیب دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن با آب منجر به تشکیل اسید سولفوریک و اسیدکربونیک می گردد. این ترکیبات اسیدی بسیار خورنده است و باعث آسیب جدی به تجهیزات و محیط زیست خواهند شد. به طور کلی شیرین سازی گاز برای موارد ایمنی، رعایت حد مجاز انتشار مواد آلاینده به محیط زیست، کنترل خوردگی، تنظیم ترکیب استاندارد محصولات و تضمین کیفیت خوراک صنایع پایین دستی، جلوگیری از تشکیل هیدرات در دماهای پایین، کاهش هزینه های تقویت فشار گاز و جلوگیری از مسمومیت کاتالیزورها ضروری است.

با شیرین سازی گاز، گاز طبیعی برای حمل و نقل و فروش آماده و گوگرد تفکیک شده از گاز ترش به عنوان محصول جانبی به فروش می رسد.

انواع روش های شیرین سازی گاز

با بررسی مقاله در مورد شیرین سازی گاز مشخص می شود که انتخاب روش برای فرآیند شیرین سازی گاز مانند هر صنایع دیگر به راندمان، هزینه، مقیاس و ملاحظات فضا مربوط می شود. به طور کلی برای فرآیند شیرین سازی گاز علاوه بر شاخص های ذکر شده غلظت سولفید هیدروژن و مرکاپتان و نوع ناخاصی جداسازی شده در گازهای ترش، غلظت سولفید هیدروژن و حد نشانه خلوص در گازهای فروش، واحد بازیافت گوگرد، حداکثر شرایط طراحی و عملیاتی ورودی گاز، روش دفع محصولات زباله و در نهایت اقتصادی بودن طرح سنجیده خواهد شد. با توجه به بررسی این ملاحضات در آخر یکی از روش های زیر اجرایی خواهد شد.

جذب شیمیایی

جذب شیمیایی در فاز جامد (اکسید آهن) یا فاز مایع (آمین ها و فرآیندهای کربنات) صورت می پذیرد. مرسوم ترین فرآیند های جذب شیمیایی، شیرین سازی با آمین هاست. در ابتدا ترکیبات اسیدی در یک عملیات جذب در فشار کم و دمای بالا از گاز ترش ورودی جدا می شود. در عملیات جذب گاز ترش با محلول آمین، آمین ها در ترکیب با گازهای اسیدی کمپلکس های نمکی تولید می کنند. این کمپلکس های نمکی و محلول غنی شده از جذب گازهای اسیدی در یک عملیات دفع با دمای بالا و فشار کم شکسته شده و آمین در یک فرآیند تقطیری احیا می شود. گازهای اسیدی حاصل در صورت عدم وجود محدودیت های زیست محیطی جهت سوزاندن به فلر هدایت می شود. در غیر این صورت برای بازیافت گوگرد مورد استفاده خواهد بود.

منو اتانول آمین (MEA)، دی اتانول آمین(DEA)، متیل دی اتانول آمین (MDEA) از جمله حلال های آمین به کار رفته در این روش است.

جذب فیزیکی

در این روش جذب گازهای اسیدی به طور فیزیکی و بدون انجام واکنش های شیمیایی صورت می پذیرد. پایه اصلی این روش استفاده از حلال های آلی در جهت جذب گازهای اسیدی است. در برخی از این نوع فرآیند ها از مواد افزودنی نیز استفاده خواهد شد. میزان حلالیت گازهای اسیدی در حلال های آلی با توجه به میزان فشار جزئی گازهای اسیدی و دمای عملیات متغیر بوده و برای جداسازی بهتر نیاز به دمای کمتر عملیات و فشار جزئی بالاتر گازهای اسیدی خواهد بود. در این روش غلظت ترکیبات سنگین هیدروکربنی خوراک ورودی، پایین است. در این روش احیای حلال مورد استفاده در یک ستون دفع و از طریق کاهش فشار مخازن فلاش و استفاده از یک گاز بی اثر و یا بخار آب خواهد بود. برخی از حلال ها نیز از طریق کاهش فشار و تبخیر احیا می شوند. میزان انرژی صرف شده برای احیا این حلال ها بسیار کمتر از حلال های شیمیایی خواهد بود. فرآیند سلکسول و فرآیند رکتیسول از جمله فرآیند های شیرین سازی گاز بر اساس روش جذب فیزیکی هستند.

 فرآیند هیبرید

منظور از فرآیند هیبرید ترکیب دو فرآیند جذب شیمیای و جذب فیزیکی است. در این روش گازهای اسیدی با انتخاب یکی از روش های گفته شده از گاز طبیعی جدا می شوند. متداول ترین روش فرآیند هیبرید فرآیند سولفینول است. در این روش از سولفین که از آب، دی ایزوپروپانول یا دی متیل دی اتانول آمین است، استفاده می شود. این روش برای خوراکی که میزان ترکیبات اسیدی در آن بالا است، روش بهینه محسوب می شود. بخش فیزیکی حلال باعث حل شدن بخش عمده ای از گازهای اسیدی خوراک خواهد شد. بخش شیمیایی حلال نیز باقی مانده ترکیبات اسیدی را از بین خواهد برد. این روش نیاز کمی به انرژی دارد و حلال آن خاصیت خورندگی ندارد.

جذب سطحی با استفاده از ستون جامد

در این فرآیند از اکسید آهن، اکسید روی، آلومنیا فعال شده و غربال مولکولی به عنوان جاذب های جامد گازهای اسیدی استفاده می شود. این جاذب ها با ستون های فعال دارای ساختاری با تخلخل های بسیار ریز بوده که ترکیبات لازم در جداسازی را در ساختار خود نگه می دارند. بعد از اشباع شدن ستون جاذب از گازهای اسیدی، گازهای جذب شده با عبور جریان داغ گاز شیرین در خلاف جهت جداسازی از آن جدا می شوند. این عملیات بسیار ساده و دارای طراحی پیچیده ای است. غربال های مولکولی آسیب پذیر بوده و در دماهای بالا قادر به جذب آب و هیدروژن سولفید نخواهند بود. مزیت استفاده از این روش جداسازی آب و گازهای اسیدی به طور همزمان است.

استفاده از غشا

بنابر مقاله شیرین سازی گاز ترش استفاده از سیستم های غشا پلیمری، جزء روش های نوین شیرین سازی گاز و تکنولوژی های جدید محسوب می شوند. در این روش جداسازی انتخابی گازهای اسیدی صورت می پذیرد. در این روش از حلالی استفاده نخواهد شد. روش غشائی برای سکوهای دریایی که فضای زیادی ندارند قابل استفاده است. این روش بر اساس محلولیت بیشتر برخی گازها در سطح پرفشار غشا عمل می نماید. در این صورت گازها با سرعت بیشتری از سطح جداره غشا جدا و به سمت ناحیه کم فشار آن می روند.

شبیه سازی واحد شیرین سازی گاز

 

با برسی PDF شیرین سازی گاز مشخص می شود که خوراک گاز ورودی بعد از تزریق مواد شیمیایی و ظروف تفکیک تحت فشار وارد واحد شیرین سازی گاز خواهد شد. در واحد شیرین سازی گاز مراحل به این صورت است. گاز ترش از پایین برج تماس وارد شده و به سمت بالای برج حرکت می کند. از بالای برج، حلال آمین به سمت پایین در جریان است. در طی این عملیات گاز با عبور از کنار حلال آمین تصفیه شده و از بالای برج خارج می شود. محلول غنی آمین که حاوی گازهای اسیدی است، به سمت مبدل حرارتی رفته و در آنجا توسط جریان خالص آمین که دمای بسیار بالایی دارد تبادل حرارتی نموده و گرم می شود. در ستون بازیابی، آمین غنی شده توسط ریبویلر گرمتر می شود. گازهای اسیدی جدا شده و آب توسط جریان حلال جدا شده و به کندانسور رفته و عملیات سردسازی صورت می پذیرد. بخار و گازهای اسیدی تفکیک می شوند. بخار توسط جریان برگشتی به ستون بازگشت داده می شود. گازهای اسیدی نیز بنابر شرایط زیست محیطی به سمت فلر هدایت شده و سوزانده می شوند. از این گازهای اسیدی در سیستم بازیابی گوگرد نیز استفاده خواهد شد. جریان آمین تصفیه شده نیز بعد از کاهش درجه حرارت و خنک شدن مجددا به برج بازگرداننده خواهد شد. شبیه سازی این واحد در نرم افزار های شبیه سازی که اطلاعات جامع ترمودینامیکی و معادلات تجربی آمین را دارا می باشند به نتایج درست شباهت بیشتری خواهد داشت. نرم افزار آسپن هایسیس با دارا بودن یکی از بهترین بسته های ترمودینامیکی فرآیند آمین، یکی از بهترین گزینه ها برای شبیه سازی فرآیندهای شیرین سازی گاز طبیعی است.

کتاب شیرین سازی گاز طبیعی

برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید از کتاب های فرآوری و آماده‌سازی گاز طبیعی جلد چهارم با عنوان شیرین‌سازی گاز مایع نوشته ی رابرت ‌نات مادوکس ترجمه ی آقایان داریوش مولا، بیژن هنرور و نشر نوید شیراز استفاده کنید. همچنین می توانید با دانلود کتاب و مقالات شیرین سازی گاز از انواع کتاب های الکترونیک در این زمینه بهره ببرید.