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

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- بررسيعواملمؤثربرفرآينداستخراجمركاپتان­هاوتصفيهگازمايع…………………………………………..40

2-5-1- تعادلفازهاويونيزاسيوناسیدهاوبازهايموجود………………………………………………………………..40

2-5-1-1- تعادلاسیدهاوبازهايموجوددرفازآبي………………………………………………………………………..41

2-5-1-2- تعادلبينفازهايهيدروكربنيوآبي……………………………………………………………………………..43

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

2-5-3- تأثیرغلظتمحلولهیدروکسیدبرفرآينداستخراجوواكنشتبديلمرکاپتان‌هابهمرکاپتایدهای‌سدیم………………………………………………………………………………………………………………………….50

2-5-4- مقدارسودمصرفيموردنياز………………………………………………………………………………………………..52

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

2-5-6- روابطتجربيارائه‌شدهبرايضرايبتوزيعواستخراج…………………………………………………………..56

2-5-7- جمع‌بندیعوامل 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 فرآيند احيا 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- بهینه‌سازیمتغيرهايعلمياتيبخشاحياءسود………………………………………………………………………..91

4-4-1- مقداربهينههوايوروديبهبستراكسيدايزربراياحياءسود………………………………………………….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- ثابتيونيزاسيوناسيدهايموجوددرتركيباتنفتي 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- ماتريسطراحيونتايجآزمايشگاهي…………………………………………………………………………………..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- مقايسه نتايج طراحي شركت اكْسِنس با نتايج شبیه‌سازی فعلي براي جريان سود ورودي به اكسيدايزر و سود احیاشده خروجي از آن………………………………………………………………………………………………….89

جدول 4-2- مقايسه نتايج طراحي شركت اكْسِنس با نتايج شبیه‌سازی فعلي براي سود احیاشده برگشتي به واحدهاي استخراج………………………………………………………………………………………………………………………………..90

جدول 4-3- مقايسه نتايج طراحي شركت اكْسِِنْس با نتايج شبیه‌سازی فعلي براي جريان هواي خروجي از مخزن جداکننده دی‌سولفیداویل از سود…………………………………………………………………………………………………..90

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل 2-1- دياگرام جريان بخش استخراج…………………………………………………………………………………………….31

شکل 2-2- دياگرام جريان بخش احياء 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- حلاليتنرمال‌مرکاپتان‌هادرآبوتوزيعمرکاپتان‌هابينفازهيدروكربني ایزواکتان و فاز آبی محلول سود 5/0 نرمال…………………………………………………………………………………………………………………………49

شکل 2-6- اثرمقداروغلظتمحلولسوددراستخراجمرکاپتان‌ها………………………………………………………….51

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

شکل 2-8- تأثیرغلظتسودبرواکنشپروپیل‌مرکاپتانوسود………………………………………………………………..52

شکل 2-9- قابليتاشباعسودتوسطمرکاپتان‌ها(Y^’₂, Y₂)، به‌عنوانيكعامل محدودكننده،برحسبغلظتمحلولسود………………………………………………………………………………………………………………………………………….53

شکل 2-10- اثردرجهحرارتبررويضريباستخراجمتيلواتيلمرکاپتان‌هابرايسيستم ايزواكتانومحلولسود 25/4 مولار………………………………………………………………………………………………………………………..55

شکل 2-11- اثر درجهحرارتبررويضريباستخراجبوتيل‌مركاپتاندرسيستمايزواكتانو 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 دماي اكسيدايزر بر ميزان احياء سود…………………………………………………………………………99