پایان نامه ارشد:شبیه‌سازی دینامیکی واحد احیا کاستیک و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پالایشگاه سوم مجتمع گاز پارس جنوبی

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد شاهرود

دانشکده فنی – مهندسی

“M.Sc.”پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی فرآیند

عنوان :

شبیه‌سازی دینامیکی واحد احیا کاستیک و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی پالایشگاه سوم مجتمع گاز پارس جنوبی

استاد راهنما :

دکتر عباس خوشحال

استاد مشاور:

دکتر محمود ترابی انگجی

تابستان 1393

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)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

فصل اول : انواع ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع و روش‌های جداسازی آن‌ها………………………………….3

1-1- انواع ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع…………………………………………………………………………….4

1-1-1- ناخالصی‌های اصلی و عمده………………………………………………………………………………………………….5

1-1-2- ناخالصی‌های فرعی و متحمل………………………………………………………………………………………………7

1-2- دلایل جداسازی ناخالصی‌های اصلی سولفور موجود در گاز مایع…………………………………………………..8

1-3- روش‌های جداسازی ناخالصی‌های سولفور موجود در گاز مایع………………………………………………………9

1-3-1- فرآیندهای خشک……………………………………………………………………………………………………………..13

1-3-1-1- فرآیندهای خشک احیاناپذیر…………………………………………………………………………………………..13

1-3-1-2- فرآیندهای خشک احیاپذیر…………………………………………………………………………………………….15

1-3-1-3- فرآیندهای خشک هیبریدی…………………………………………………………………………………………..17

1-3-2- فرآیندهای مرطوب……………………………………………………………………………………………………………18

1-3-2- 1- سولفورزدایی با حلال‌های شیمیایی (آمین‌ها)………………………………………………………………….19

1-3-2-2- سولفورزدایی با حلال‌های فیزیکی………………………………………………………………………………….20

1-3-2-2-1- حلال فیزیکی سلکسول……………………………………………………………………………………………21

1-3-2-2-2- محلول‌های سودسوزآور…………………………………………………………………………………………….23

1-3-2-3- سولفورزدایی با حلال‌های هیبریدی………………………………………………………………………………..24

1-3-3- جمع‌بندی فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع…………………………………………………………………………25

فصل دوم : فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود……………………………………………………………….28

2-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………..29

2-2- شرح فرآیند مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع توسط سود…………………………………………………………………….29

2-2-1- شرح فرآیند واحد استخراج پروپان……………………………………………………………………………………….29

2-2-2- شرح فرآیند واحد استخراج بوتان………………………………………………………………………………………..30

2-2-3- شرح فرآیند واحد احیا کاستیک…………………………………………………………………………………………..32

2-3- واکنش‌های فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود…………………………………………………………………………..33

2-3-1- واکنش‌های اصلی……………………………………………………………………………………………………………..33

2-3-2- واکنش‌های فرعی…………………………………………………………………………………………………………….35

2-4- کاتالیست فرآیند مرکاپتان‌زدایی توسط سود……………………………………………………………………………..38

2-5- بررسی عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج مركاپتان­ها و تصفیه گاز مایع…………………………………………..40

2-5-1- تعادل فازها و یونیزاسیون اسیدها و بازهای موجود………………………………………………………………..40

2-5-1-1- تعادل اسیدها و بازهای موجود در فاز آبی………………………………………………………………………..41

2-5-1-2- تعادل بین فازهای هیدروكربنی و آبی……………………………………………………………………………..43

2-5-2- تأثیر نوع مرکاپتان بر فرآیند استخراج………………………………………………………………………………….48

2-5-3- تأثیر غلظت محلول هیدروکسید بر فرآیند استخراج و واكنش تبدیل مرکاپتان‌ها به مرکاپتایدهای‌سدیم………………………………………………………………………………………………………………………….50

2-5-4- مقدار سود مصرفی موردنیاز………………………………………………………………………………………………..52

2-5-5- تأثیر دما بر فرآیند استخراج………………………………………………………………………………………………..55

2-5-6- روابط تجربی ارائه‌شده برای ضرایب توزیع و استخراج…………………………………………………………..56

2-5-7- جمع‌بندی عوامل مؤثر بر فرآیند استخراج مرکاپتان از گاز مایع………………………………………………60

2-6- عوامل مؤثر بر فرآیند احیا سود………………………………………………………………………………………………..61

2-6-1- تأثیر غلظت سود بر واکنش تبدیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیدها…………………………………..61

2-6-2- تأثیر غلظت سود بر حلالیت کاتالیست در محلول سود………………………………………………………….63

2-6-3- تأثیر غلظت سود بر نفوذ مرکاپتایدها و رادیکال‌های آزاد……………………………………………………….64

2-6-4- تأثیر دما بر واکنش اکسیداسیون مرکاپتایدهای‌سدیم…………………………………………………………….65

2-6-5- تأثیر دما بر فعالیت کاتالیست در محلول سود……………………………………………………………………….66

2-6-6- تأثیر ساختار مولکولی مرکاپتان بر سرعت واکنش…………………………………………………………………68

2-6-7- تأثیر روش تهیه محلول کاتالیست توزیع‌شده در سود بر سرعت واکنش………………………………….68

2-6-8- تأثیر محیط گازی بر فعالیت کاتالیست CoSPc و سرعت واکنش………………………………………….70

2-6-9- تأثیر سرعت اختلاط محلول کاتالیستی سود و هوا بر سرعت واکنش اکسیداسیون مرکاپتایدسدیم………………………………………………………………………………………………………………………………..71

2-6-10- جمع‌بندی عوامل مؤثر بر فرآیند احیا سود………………………………………………………………………….71

فصل سوم : نتایج تحقیقات پیشین روی فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود………………………73

فصل چهارم : تشریح شبیه‌سازی و بررسی نتایج حاصل از آن……………………………………………………………………77

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………..78

4-2- تشریح شبیه‌سازی…………………………………………………………………………………………………………………81

4-3- مقایسه نتایج شبیه‌سازی با مقادیر طراحی………………………………………………………………………………..89

4-4- بهینه‌سازی متغیرهای علمیاتی بخش احیاء سود………………………………………………………………………..91

4-4-1- مقدار بهینه هوای ورودی به بستر اكسیدایزر برای احیاء سود………………………………………………….91

4-4-2- مقدار بهینه غلظت محلول سود ورودی به بستر اکسیدایزر برای احیاء سود……………………………..93

4-4-3- مقدار بهینه برای دمای اکسیدایزر……………………………………………………………………………………….95

فصل پنجم : جمع‌بندی مطالب و نتیجه‌گیری………………………………………………………………………………………….96

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………………………..100

فهرست منابع غیرفارسی……………………………………………………………………………………………………………………..101

چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………….104

صفحه عنوان به زبان انگلیسی…………………………………………………………………………………………………………….105

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول 1-1- حداکثر غلظت مجاز برای مرکاپتان‌های سبک و سولفیدهیدروژن…………………………………………….9

جدول 1-2- انواع جاذب‌ها یا حلال‌های مورداستفاده در فرآیندهای شیرین‌سازی گاز مایع………………………….10

جدول 1-3- توانایی جاذب‌ها و حلال‌های مختلف در جداسازی ناخالصی‌های سولفور…………………………………11

جدول 1-4- حلالیت نسبی گازهای مختلف در حلال سلکسول……………………………………………………………….22

جدول 1-5- هزینه‌های عملیاتی و سرمایه‌گذاری موردنیاز برای شیرین‌سازی pbsd 10000 سوخت جت توسط دو فرآیند شیرین‌سازی با سود و شیرین‌سازی با کمک غربال‌های مولکولی………………………………………………..27

جدول 2-1- ثابت تعادلی برای واکنش سولفیدکربنیل و آب……………………………………………………………………..37

جدول 2-2- مقایسه فعالیت و پایداری انواع کاتالیست‌های مورداستفاده در شیرین‌سازی برش‌های هیدروکربنی سبک توسط محلول سودسوزآور…………………………………………………………………………………………………………….39

جدول 2-3- ثابت یونیزاسیون اسیدهای موجود در تركیبات نفتی در دمای 34 درجه سانتی‌گراد……………………43

جدول 2-4- مقدار اکتیویته آب در غلظت‌های مختلف محلول سود در دمای 32 درجه سانتی‌گراد……………….45

جدول 2-5- ضریب استخراج K_E برای مرکاپتان‌ها و سولفیدهیدروژن بر اساس کار yabroff…………………….47

جدول 2-6- ثابت‌های معادله (2-7)……………………………………………………………………………………………………..47

جدول 2-7- حلالیت مرکاپتان‌ها در آب خالص در دمای 20 درجه سانتی‌گراد……………………………………………48

جدول 2-8- ماتریس طراحی و نتایج آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………..54

جدول 2-9- مقدار ثابت A برحسب نوع مرکاپتان برای معادله (2-17)……………………………………………………..57

جدول 2-10- مقدار ثابت B برای معادله (2-18)……………………………………………………………………………………58

جدول 2-11- میزان جذب CO⁺² به‌عنوان جزء فعال کاتالیست و مقدار تبدیل پروپیل مرکاپتایدسدیم به دی‌سولفید در محلول سود……………………………………………………………………………………………………………………..64

جدول 4-1- مقایسه نتایج طراحی شركت اكْسِنس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای جریان سود ورودی به اكسیدایزر و سود احیاشده خروجی از آن………………………………………………………………………………………………….89

جدول 4-2- مقایسه نتایج طراحی شركت اكْسِنس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای سود احیاشده برگشتی به واحدهای استخراج………………………………………………………………………………………………………………………………..90

جدول 4-3- مقایسه نتایج طراحی شركت اكْسِِنْس با نتایج شبیه‌سازی فعلی برای جریان هوای خروجی از مخزن جداکننده دی‌سولفیداویل از سود…………………………………………………………………………………………………..90

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل 2-1- دیاگرام جریان بخش استخراج…………………………………………………………………………………………….31

شکل 2-2- دیاگرام جریان بخش احیاء سود…………………………………………………………………………………………..32

شکل 2-3- ساختار مولکولی کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین…………………………………………………………..38

شکل 2-4- مقایسه بین مقادیر ضریب استخراج (K_E) تجربی و تئوری به‌دست‌آمده از معادله (2-10)………46

شکل 2-5- حلالیت نرمال‌مرکاپتان‌ها در آب و توزیع مرکاپتان‌ها بین فاز هیدروكربنی ایزواکتان و فاز آبی محلول سود 5/0 نرمال…………………………………………………………………………………………………………………………49

شکل 2-6- اثر مقدار و غلظت محلول سود در استخراج مرکاپتان‌ها………………………………………………………….51

شکل 2-7- تغییرات ویسکوزیته محلول سود با غلظت آن……………………………………………………………………….51

شکل 2-8- تأثیر غلظت سود بر واکنش پروپیل‌مرکاپتان و سود………………………………………………………………..52

شکل 2-9- قابلیت اشباع سود توسط مرکاپتان‌ها (Y^’₂, Y₂)، به‌عنوان یك عامل محدودكننده، برحسب غلظت محلول سود………………………………………………………………………………………………………………………………………….53

شکل 2-10- اثر درجه حرارت بر روی ضریب استخراج متیل و اتیل مرکاپتان‌ها برای سیستم ایزواكتان و محلول سود 25/4 مولار………………………………………………………………………………………………………………………..55

شکل 2-11- اثر درجه حرارت بر روی ضریب استخراج بوتیل‌مركاپتان در سیستم ایزواكتان و محلول سود 5/0 نرمال………………………………………………………………………………………………………………………………………………….56

شکل 2-12- مقدار متغیر B مربوط به معادله 2-18 برحسب مولاریته سود……………………………………………….59

شکل 2-13- ضریب استخراج K_E برای مرکاپتان‌های C₂,C₁ در سیستم ایزواکتان و محلول سود………………60

شکل 2-14- تأثیر غلظت سود بر واکنش اکسیداسیون پروپیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیداویل………….62

شکل 2-15- طیف ماوراءبنفش کاتالیست CoSPc برای 100 میلی‌لیتر محلول سود با غلظت‌های مختلف…..63

شکل 2-16- تغییرات چسبندگی محلول سود با غلظت آن………………………………………………………………………65

شکل 2-17- تأثیر دما بر واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم (سایر پارامترهای عملیاتی ثابت)………..65

شکل 2-18- مقدار جذب جزء فعال کاتالیست (CO⁺²) و درنتیجه فعالیت کاتالیست بر اساس دما و زمان نگهداری کاتالیست……………………………………………………………………………………………………………………………….66

شکل 2-19- تأثیر دمای نگهداری کاتالیست بر سرعت واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم…………….67

شکل 2-20- تأثیر ساختار مولکولی مرکاپتایدهای‌سدیم بر واکنش اکسیداسیون آن‌ها…………………………………68

شکل 2-21- مقایسه مقدار جذب امواج ماوراءبنفش و درنتیجه فعالیت کاتالیست برای محلول کاتالیستی سود تهیه‌شده به روش‌های مختلف……………………………………………………………………………………………………………….69

شکل 2-22- تأثیر روش تهیه محلول سود و کاتالیست بر سرعت واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم……………………………………………………………………………………………………………………………………..69

شکل 2-23- فعالیت کاتالیست سولفونیتدکبالت‌فتالوسیانین در مجاورت محیط‌های گازی مختلف………………..70

شکل 2-24- تأثیر سرعت اختلاط بر واکنش اکسیداسیون پروپان مرکاپتایدسدیم………………………………………71

شکل 4-1- تکمیل اطلاعات ضروری در پوشه Setup……………………………………………………………………………81

شکل 4-2- انتخاب مواد تشکیل‌دهنده جریان‌ها……………………………………………………………………………………..82

شکل 4-3- انتخاب مدل ترمودینامیکی…………………………………………………………………………………………………84

شکل 4-4- تکمیل پوشه مشخصات جریان‌ها………………………………………………………………………………………..85

شکل 4-5- تکمیل پوشه مشخصات تجهیزات……………………………………………………………………………………….86

شکل 4-6- تعریف استوکیومتری واکنش‌ها……………………………………………………………………………………………87

شکل 4-7- تکمیل سربرگ مربوط به ضرایب تعادل واکنش‌ها…………………………………………………………………88

شکل 4-8- تکمیل سربرگ مربوط به ضرایب تعادل نمک‌ها……………………………………………………………………88

شکل 4-9- تأثیر مقدار هوای مورداستفاده بر راندمان احیاء سود……………………………………………………………….93

شکل 4-10- تأثیر غلظت محلول سود بر مقدار احیاء سود……………………………………………………………………….94

شکل 4-11- تأثیر دمای اكسیدایزر بر میزان احیاء سود…………………………………………………………………………99

چکیده

حذف مرکاپتان‌ها از جریان‌های هیدروكربنی توسط روش‌های گوناگونی انجام می‌پذیرد. استفاده از محلول سودسوزآور و بسترهای غربال موکولی ازجمله پركاربردترین روش‌ها هستند. در صنایع نفت و گاز كشور ما، اغلب جهت حذف مرکاپتان‌های سبك از روش شستشو با محلول كاستیك نسبتاً رقیق استفاده می‌شود. در این پروژه فرآیند احیا کاستیک شرح داده می‌شود و عوامل مؤثر بر این فرآیند بررسی می‌گردد. همچنین در مورد مقدار بهینه پارامترهای عملیاتی این فرآیند بحث می‌شود. غلظت سود مصرفی، دمای عملیات و دبی اکسیژن ورودی به راکتور (اکسیدایزر) مهم‌ترین پارامترهای عملیاتی می‌باشند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد كه غلظت بهینه سود برای تبدیل مرکاپتایدهای‌سدیم به دی‌سولفیدها در حدود 9/1 مول بر لیتر است اما به دلیل چرخش محلول سود در سیستم، مقدار بهینه غلظت سود باید برای کل سیستم مشخص شود. با توجه به نتایج آزمایشگاهی مقدار بهینه غلظت سود برای مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع بین 75/2 و 25/4 مول بر لیتر است. ضمناً دمای پیشنهادی برای خروجی اکسیدایزر 50 درجه سانتی‌گراد می‌باشد؛ بنابراین پروفایل دما در اکسیدایزر 10 درجه سانتی‌گراد خواهد بود. همچنین 06/1 الی 1/1 مقدار استوکیومتری اكسیژن برای سودی كه در ورودی اکسیدایزر دارای ppm 8680 وزنی مركاپتاید است، پیشنهاد می‌شود.

مقدمه

هدف از انجام این پروژه بررسی فرآیند احیا سود و عوامل مؤثر بر آن و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی واحد مذکور می‌باشد. در فصل اول به‌منظور كسب اطلاعات پایه‌ای موردنیاز، انواع ناخالصی‌های گوگردی موجود در گاز مایع و لزوم جداسازی آن‌ها موردبررسی قرارگرفته و روش‌های مختلف شیرین‌سازی گاز مایع، موارد كاربرد هر یك و نیز مزایا و معایب مربوطه آورده ‌شده است تا در صورت نیاز با توجه به طراحی مجتمع پارس جنوبی و امكانات موجود، از تجهیزات مكمل برای بهبود عملكرد فرآیند استفاده شود به‌گونه‌ای كه تغییرات اعمال‌شده ازلحاظ اقتصادی نیز توجیه‌پذیر باشد.

در فصل دوم به روش مورداستفاده در فازهای 4 و 5 پرداخته‌شده و فرآیند مرکاپتان‌زدایی از گاز مایع توسط حلال فیزیكی سود به‌تفصیل بررسی‌شده است.

در فصل سوم، نتایج تحقیقات پیشین روی فرآیند شیرین‌سازی گاز مایع با محلول فیزیکی سود آورده شده است.

در فصل چهارم، مراحل شبیه‌سازی تشریح شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی فرآیند آورده شده و مقادیر بهینه پارامترهای عملیاتی برای فرآیند احیا سود، مورد تجزیه‌وتحلیل قرارگرفته‌اند. لازم به ذكر است كه شبیه‌سازی واحد مذكور توسط نرم‌افزارهای Plus Aspen و Aspen Dynamic و بر پایه نتایج آزمایشگاهی و روابط تجربی ارائه‌شده در فصل دوم صورت گرفته است.

درنهایت در فصل پنجم جمع‌بندی، نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها مربوطه آورده شده است.

تعداد صفحه : 117

قیمت : 14700تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***