دانشگاه شیراز
دانشكده‌ی مهندسی شیمی، نفت وگاز
پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی شیمی
طراحی پایه‌ی حلقه‌ی دریزو و استفاده از حلال هیدروکربنی در فرایند نم‌زدایی در پالایشگاه فراشبند
استادان راهنما
دکتر محمدرضا رحیم پور
دکتر علیرضا شریعتی
بهمن ماه 1390
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
بخار آب یکی از مهمترین ناخالصیهای جریان گاز طبیعی است. معمولاً خود بخار آب مساله ساز نیست ولی در عوض فاز مایع یا جامدی که هنگام فشرده شدن گاز یا سرد شدن آن تشکیل میشود مشکل ساز میباشد. در برخی موارد بخار آب باعث مسمومیت شدید کاتالیستهای گران قیمت شده و یا اینکه واکنشهای جانبی نامطلوبی را باعث میگردد. آب به صورت مایع معمولاً خوردگی را سرعت میبخشد و یخ یا هیدراتهای جامد میتوانند شیرها، اتصالات و حتی لولههای گاز را مسدود کنند. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی جریان گاز قبل از وارد شدن به خطوط انتقال با استفاده روشهای مختلفی آبگیری میشود. متداولترین روش در دنیا استفاده از TEG میباشد. جهت افزایش راندمان روش مذکور موارد مختلفی پیشنهاد شده است که یکی از آنها اضافه نمودن حلال هیدروکربنی به TEG میباشد که به فراریت آب در این محلول در برج دفع کمک نموده و موجب بدست آمدن TEG خالص‌تر میگردد و می‌توان نقطه شبنم گاز را به مراتب پایین‌تر از روش حال حاضر مورد استفاده رساند. که اکنون تکنولوژی آن در انحصار شرکت Drizo میباشد و به عنوان فرآیند Drizo شناخته میشود و با استفاده از روش مذکور می‌توان خلوص TEG خروجی از برج دفع را بالاتر از 99.8% رسانده و در نتیجه گاز خشک را با نقطه شبنم 73- تا 5/95- به نقاط مصرف منتقل نمود.
هدف از این تحقیق طراحی پایه‌ی تجهیزات مورد استفاده در فرآیند دریزو به منظور جلوگیری از هدر رفت تری‌اتیلن‌گلایکول و جلوگیری از انتشار ترکیبات BTEX میباشد.
کلمات کلیدی: Drizo، TEG، نم زدایی، حلال هیدروکربنی، ترکیبات BTEX
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
1-1- نم‌زدایی از گاز طبیعی…………………………………………………………………………………………………. 2
1-1-1- روشهای نم‌زدایی از گاز طبیعی ……………………………………………………………………… 2
1-1-1-1- نم‌زدایی توسط مایعات جاذب رطوبت…………………………………………….. 4
1-1-1-2- نم‌زدایی با استفاده از جاذب‌های جامد………………………………………….. 6
1-1-1-3- نم‌زدایی توسط سرمایش گاز……………………………………………………………. 6
1-1-1-4- نم‌زدایی با استفاده از نفوذ گاز در غشاء………………………………………….. 6
1-1-1-5- نم‌زدایی توسط واكنش گرهای جامد………………………………………………. 7
1-1-2- روش های افزایش بازدهی فرایند احیاء………………………………………………………… 10
1-1-2-1- استفاده از گاز دفع كننده…………………………………………………………………….. 10
1-1-2-2- احیاء در خلاء………………………………………………………………………………………… 10
1-1-2-3- افزایش عمل احیاء با افزودن حلال…………………………………………………….. 11
فصل دوم: مروری بر پژوهش های پیشین
مروری بر پژوهش های پیشین…………………………………………………………………………………………….. 13
فصل سوم: افزایش عمل احیای گلایکول با افزودن حلال هیدروکربنی
3-1- مشخصات فرآیند………………………………………………………………………………………………………… 17
3-2- مزایای دریزو……………………………………………………………………………………………………………….. 20
3-2- 1- از نقطه نظر اقتصادی……………………………………………………………………………………… 21
3-3- اصلاح فرایند نم‌زدایی گاز Drizo ………………………………………………………………………….. 21
3-3-1- تشریح اصلاح فرایند دریزو……………………………………………………………………………. 22
3-4- پارامترهای طراحی……………………………………………………………………………………………………… 22
عنوان صفحه
3-4-1- برج Contactor……………………………………………………………………………………………….. 23
3-4-2- دبی گاز ورودی………………………………………………………………………………………………… 23
3-4-3- دما و فشار ورودی……………………………………………………………………………………………. 23
3-4-4- دماو غلظت TEG ورودی……………………………………………………………………………….. 23
3-4-5- سرعت چرخش گلایكول……………………………………………………………………………….. 24
3-4-6- دمای نم‌زدایی…………………………………………………………………………………………………… 24
3-4-7- دمای ریبویلر…………………………………………………………………………………………………….. 24
3-4-8- دمای ستون دفع …………………………………………………………………………………………….. 24
فصل چهارم: طراحی پایه و ارائه خدمات مهندسی مقدماتی جهت اجرای طرح Drizo در پالایشگاه گاز فراشبند، واحد دالان
4-1- بر اساس شرایط تابستان و در حالت مجزا بودن واحدها………………………………………… 27
4-1-1- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100)…………………………………………………………………….. 27
4-1-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 30
4-1-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 41
4-1-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 57
4-1-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 60
4-1-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 65
4-2- بر اساس شرایط زمستان و در حالت مجزا بودن واحدها………………………………………… 68
4-2-1- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100)…………………………………………………………………….. 68
4-2-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 68
4-2-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 73
4-2-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 78
4-2-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 80
4-2-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 81
4-3- بر اساس شرایط تابستان و در صورت تجمیع واحدها…………………………………………….. 82
4-3-1- جدا کننده سه فازی(V-100)………………………………………………………………………… 82
4-3-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 82
4-3-3- مبدل حرارتی E-101……………………………………………………………………………………… 87
4-3-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………… 92
عنوان صفحه
4-3-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………… 94
4-3-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو…………………………………. 95
4-4- بر اساس شرایط زمستان و در صورت تجمیع واحدها……………………………………………. 96
4-4-1- جدا کننده سه فازی(V-100)………………………………………………………………………… 96
4-4-2- مبدل حرارتی E-100……………………………………………………………………………………… 96
4-4-3- مبدل حرارتی E-101…………………………………………………………………………………….. 101
4-4-4- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد………………………………………………………………………. 106
4-4-5- پمپ P-100……………………………………………………………………………………………………. 108
4-4-6- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو………………………………… 109
4-5- جدا کننده‌ی آب از حلال((coalesce……………………………………………………………………….. 110
فصل پنجم: نتیجه‌گیری
5-1- مقایسه‌ی میزان هرز رفت TEG……………………………………………………………………………… 112
5-2- مقایسه‌ی میزان انتشار ترکیبات BTEX………………………………………………………………… 113
5-3- مقایسه‌ی درصد خلوص TEG احیا شده در برج دفع…………………………………………… 114
5-4- مقایسه‌ی نقطه‌ی شبنم آبی گاز خشک خروجی از برج جذب…………………………….. 115
5-5- مقایسه هزینه‌ی کل سرمایه‌گذاری (TCI) و درآمد سالیانه ناشی از
پیاده سازی فرایند دریزو در دو حالت مجزا بودن و تجمیع واحدها…………………………………….. 116
فهرست منابع و مآخذ……………………………………………………………………………………………………………. 119
فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول1-1- ناخالصیهای موجود در گاز طبیعی………………………………………………………………………. 3
جدول1-2- خصوصیات گلایكول‌های مورد استفاده در فرآیند نم‌زدایی گاز…………………………… 7
جدول1-3- تأثیر سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن بر محتوای آب
گاز طبیعی اشباع………………………………………………………………………………………………………………………… 9
جدول 3-1- مهمترین دماهای عملیاتی گلایکول در قسمت‌های مختلف …………………………….. 9
جدول 4-1- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo………………………………………………………………………………….. 23
جدول 4-2- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100…………………………. 38
جدول 4-3- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101…………………………. 43
جدول 4-4- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله مستقیم انتخاب شده………………………………. 59
جدول 4-5- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و حالت
فیزیکی جریان‌ها………………………………………………………………………………………………………………………… 67
جدول 4-6- اندازه‌های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 68
جدول 4-7- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100…………………………. 70
جدول 4-8- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101…………………………. 75
جدول 4-9- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله مستقیم انتخاب شده………………………………. 79
جدول 4-10- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها……………………………………………………………………………………………………………… 81
جدول 4-11- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 82
جدول 4-12- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100………………………. 84
عنوان صفحه
جدول 4-13- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101………………………. 89
جدول 4-14- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله مستقیم انتخاب شده…………………………… 93
جدول4-15- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها……………………………………………………………………………………………………………….. 95
جدول4-16- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo…………………………………………………………………………………… 96
جدول4-17- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100………………………… 98
جدول4-18- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101………………………. 103
جدول4-19- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله مستقیم انتخاب شده…………………………… 107
جدول4-20 مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها…………………………………………………………………………………………………………….. 109
فهرست شکل‌ها
عنوان صفحه
شكل 1-1- نمایی از پیكربندی یك پالایشگاه گاز……………………………………………………………………. 3
شكل 1-2- دو شبكة بلوری مربوط به هیدرات………………………………………………………………………… 4
شكل 1-3- نمایی ساده از فرآیند نم‌زدایی گاز طبیعی توسط تری اتیلن گلایکول………………. 8
شکل 1-4- محتوای آب گاز حاوی دی اکسید کربن در 100………………………………………….. 9
شكل1-٥- فرایند نم‌زدایی باگلایكول به روش احیاء در خلاء………………………………………………… 11
شكل3-1- فرایند دریزو جهت نم‌زدایی گاز طبیعی.………………………………………………………………. 18
شكل3-2- احیای گلایکول با استفاده از فرآیند دریزو استاندارد…………………………………………… 19
شكل3-3- احیای گلایکول با استفاده از فرآیند دریزو پیشرفته…………………………………………….. 19
شكل3-4- مقایسه میزان در صد خلوص گلایکول و نقطه شبنم آبی
در فرآیندهای مختلف احیا گلایکول………………………………………………………………………………………….. 20
شکل 4-1- اجزای مختلف جدا کننده سه‌فازی………………………………………………………………………. 27
شکل 4-2- نحوه عملکرد جدا کننده سه‌فازی………………………………………………………………………… 28
شکل 4-3- آرایش موازی در مبدل‌های حرارتی…………………………………………………………………….. 31
شکل 4-4- چگونگی تغییر دمای دو سیال را در طول لوله……………………………………………………. 31
شکل 4-5- جریان مخالف در مبدل‌های حرارتی …………………………………………………………………… 32
شکل 4-6- چگونگی تغییر دمای دو سیال را در طول لوله در آرایش مخالف……………………… 32
شکل 4-7- چگالنده‌ی نوع پوسته-لوله‌ی افقی……………………………………………………………………….. 34
شکل 4-8- نمونه ای از مبدل های حرارتی U شکل…………………………………………………………….. 36
شکل 4-9- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-100…………. 37
شکل 4-10- ترکیب ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100………………………………………… 37
شکل 4-11- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100……………………………………………………………. 39
شکل 4-12- طرح کلی مبدل E-100……………………………………………………………………………………… 40
عنوان صفحه
شکل 4-13 استقرار لوله‌ها در مبدل E-100…………………………………………………………………………… 40
شکل 4-14- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-101………… 41
شکل 4-15- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101…………………………….. 42
شکل 4-16- ترکیب جریان ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101……………………………. 42
شکل 4-17- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101……………………………………………………………. 43
شکل 4-18- طرح کلی مبدل E-101……………………………………………………………………………………… 44
شکل 4-19- استقرار لوله‌ها در مبدل E-101…………………………………………………………………………. 44
شکل 4-20- شماتیک اجزای چیلر تراکمی……………………………………………………………………………. 45
شکل 4-21- شماتیک اجزای چیلرجذبی……………………………………………………………………………….. 47
شکل 4-22- اجزای چیلر جذبی و نحوه‌ی قرارگیری آنها……………………………………………………… 48
شکل 4-23- چیلر جذبی لیتیوم برماید تک مرحله‌ای خنک‌شونده با آب…………………………… 53
شکل 4-24- چیلر جذبی لیتیوم برماید تک مرحله‌ای سرد شونده با هوا……………………………. 53
شکل 4-25- چیلر جذبی لیتیوم برماید دو مرحله‌ای خنک‌شونده با آب…………………………….. 54
شکل 4-26- چیلر جذبی لیتیوم برماید دو مرحله‌ای خنک‌شونده با هوا…………………………….. 54
شکل 4-27- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده………………….. 64
شکل 4-28- محیط کاری نرم‌افزار ESI………………………………………………………………………………….. 66
شکل 4-29- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100………………………………………………………………………………………………………………….. 69
شکل 4-30- ترکیب ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100………………………………………… 69
شکل 4-31- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100……………………………………………………………. 71
4-32- طرح کلی مبدل E-100……………………………………………………………………………………………….. 72
4-33- استقرار لوله‌ها در مبدل E-100…………………………………………………………………………………… 72
4-34- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-101………………… 73
شکل 4-35- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101…………………………….. 74
شکل 4-36- ترکیب ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101…………………………………………. 4
شکل 4-37- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101……………………………………………………………. 76
شکل 4-38- طرح کلی مبدل E-101……………………………………………………………………………………… 77
شکل 4-39- استقرار لوله‌ها در مبدل E-101…………………………………………………………………………. 77
شکل 4-40- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده………………….. 80
عنوان صفحه
شکل 4-41- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100………………………………………………………………………………………………………………….. 83
شکل 4-42- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100…………………………….. 83
شکل 4-43- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100……………………………………………………………. 85
شکل 4-44- طرح کلی مبدل E-100……………………………………………………………………………………… 86
شکل 4-45- استقرار لوله ها در مبدل E-100……………………………………………………………………….. 86
شکل 4-46- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100………………………………………………………………………………………………………………….. 87
شکل 4-47- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101…………………………….. 88
شکل 4-48- ترکیب ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101………………………………………… 88
شکل 4-49- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101……………………………………………………………. 90
شکل 4-50- طرح کلی مبدل E-101……………………………………………………………………………………… 91
شکل4-51- استقرار لوله ها در مبدل E-101…………………………………………………………………………. 91
شکل 4-52- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده…………………….. 94
شکل 4-53- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-100………. 97
شکل 4-54- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100…………………………….. 97
شکل 4-55- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100……………………………………………………………. 99
شکل 4-56- طرح کلی مبدل E-100……………………………………………………………………………………. 100
شکل 4-57- استقرار لوله ها در مبدل E-100……………………………………………………………………… 100
شکل 4-58- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-101………………………………………………………………………………………………………………. 101
شکل 4-59- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101………………………….. 102
شکل 4-60- ترکیب جریان ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101…………………………… 102
شکل 4-61- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101………………………………………………………….. 104
شکل 4-62- طرح کلی مبدل E-101……………………………………………………………………………………. 105
شکل 4-63- استقرار لوله ها در مبدل E-101……………………………………………………………………… 105
شکل 4-64- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده……………………. 108
شکل(4-65): مقایسه‌ی میزان هرز رفت TEG………………………………………………………………………. 112
شکل(4-66): مقایسه‌ی میزان انتشار ترکیبات BTEX…………………………………………………………. 113
عنوان صفحه
شکل (4-67): مقایسه‌ی درصد خلوص TEG احیاء شده در برج دفع………………………………… 114
شکل (4-68):مقایسه‌ی نقطه‌ی شبنم آبی گاز خشک خروجی از برج جذب…………………….. 115
شکل (4-69): مقایسه هزینه‌ی کل سرمایه‌گذاری (TCI) ناشی از
پیاده سازی فرایند دریزو………………………………………………………………………………………………………….. 116
شکل (4-70): درآمد سالیانه ناشی از پیاده سازی فرایند دریزو…………………………………………… 117
مقدمه
1-1- نم‌زدایی از گاز طبیعی
گاز خام[1] كه از مخازن هیدروكربنی استخراج میشود، با گازی كه جهت مصرف به خطوط لوله فرستاده میشود متفاوت است. گاز طبیعی استخراج شده از مخازن هیدروكربنی علاوه بر متان حاوی ناخالصیهای مختلف است كه این ناخالصی‌ها در حین فرآیند پالایش گاز طبیعی جداسازی می‌شوند. جدول (1-1) ناخالصیهای موجود در گاز طبیعی را نشان می‌دهد[1]. یكی از این ناخالصی‌ها، بخار آب موجود در گاز طبیعی است. شكل (1-1) نمایی از پیكربندی یك پالایشگاه گاز را نشان می‌دهد[2]. موقعیت واحد نم‌زدایی در یک پالایشگاه گاز در این شکل مشخص است.
وجود آب در گاز طبیعی، در صورتی كه فشار تاحد مشخصی افزایش یابد و یا دما كاهش یابد باعث تشكیل هیدراتهای گازی میشود. جمع شدن هیدراتهای گازی در اتصالات مربوط به خطوط لوله‌ی انتقال یا فرآیندی و یا تجهیزات، باعث مسدود شدن خطوط لوله و افزایش خوردگی میشود. هیدراتهای گازی شبیه برف سبك و متخلخل هستند و ساختمان بلوری دارند و شبیه ذرات بلور تكثیر می‌شوند[3]. نسبت مولكول‌های آب به مولكول‌های گاز برای متان 5:75 و اتان 7:67 است[4]. شكل (1-2) دو شبكة بلوری مربوط به هیدرات را نشان می‌دهد.
1-1-1- روشهای نم‌زدایی از گاز طبیعی
روشهای مختلفی برای نم‌زدایی از گاز طبیعی وجود دارد كه در اینجا مهمترین آنها عبارتند
از: [5].
1- نم‌زدایی توسط مایعات جاذب رطوبت[2] مثل گلایكول‌ها[3].
2- نم‌زدایی با استفاده از جاذب‌های جامد[4] مثل آلومیناژل[5]، سیلیكاژل[6] و بوكسیت[7] .
3- نم‌زدایی توسط سرمایش گاز[8].
4- نم‌زدایی با استفاده از نفوذ گاز در غشاء.
5- نم‌زدایی توسط واكنش‌گرهای جامد مثل كلرید‌‌كلسیم جامد.
تعداد صفحه : 141
قیمت : 14700تومان
